L’APPARATO DIGERENTE E L’ALIMENTAZIONE

L’organizzazione dell’apparato digerente

Dal cibo ai nutrienti

L’apparato digerente fornisce all'organismo tutti i nutrienti necessari. Questo processo avviene in diverse fasi:

• masticazione: il cibo viene introdotto nella bocca, masticato e triturati dai denti, impastato dalla lingua, tutto grazie a movimenti volontari;
• secrezione: le cellule dell’apparato digerente e quelle degli organi annessi secernono acqua, acido cloridrico HCl, enzimi e diverse soluzioni acquose; 
• mescolamento e propulsione: la contrazione e il rilasciamento alternati della muscolatura liscia delle pareti del tratto gastrointestinale mescolano cibo e secrezioni e li spingono verso la parte finale del canale; 
• digestione: gli alimenti sono ridotti in molecole più semplici, che possono essere facilmente assimilate e sono indispensabili per il metabolismo cellulare. La digestione meccanica avviene grazie ai denti, che triturano e frantumano il cibo; in seguito, ad opera degli enzimi digestivi si ha la digestione chimica, per cui le macromolecole vengono ridotte in molecole via via più piccole;
• assorbimento: le molecole semplici, gli ioni e i liquidi passano dal canale digerente alle cellule epiteliali, e quindi al liquido interstiziale e poi al sangue o alla linfa;
• eliminazione: gli scarti, i batteri, i materiali non digeriti e le cellule che si sfaldano dalla parete gastrointestinale costituiscono le feci, che verranno poi espulse all’esterno grazie alla defecazione. 

Gli enzimi digestivi sono enzimi idrolitici (ossia rompono i legami chimici attraverso l'idrolisi) secreti in punti differenti del tratto gastrointestinale. Sono classificati in base alle sostanze che essi idrolizzano in:

PRODOTTO DA:	ENZIMA:	IDROLIZZA:
Cavità orale (ghiandole salivari)	Amilasi	Amido
	Lipasi linguale	Trigliceridi
Stomaco
	Pepsina	Proteine
	Lipasi gastrica	Trigliceridi
Pancreas
	Amilasi	Amido
	Lipasi e colipasi	Trigliceridi
	Fosfolipasi	Fosfolipidi
	Tripsina	Peptidi
	Chimotripsina	Peptidi
	Carbossipeptidasi	Legami peptidici COOH -terminali
Epitelio intestinale
	Enterochinasi	Attiva la tripsina
	Disaccaridasi	Disaccaridi
	saccarasi	Saccarosio
	maltasi	Maltosio
	lattasi	Lattosio
	Peptidasi	Peptidi
	endopeptidasi	Legami peptidici NH2-terminali
	dipeptidasi	Dipeptidi

Le funzioni della digestione

La digestione chimica ha 3 funzioni essenziali:

•       Ridurre le macromolecole (che non possono essere assorbite dalle cellule dell’intestino a causa delle loro grandi dimensioni) in molecole assimilabili ed utilizzabili
•       Impedire l'ingresso di biomolecole estranee (specialmente proteine) nel corpo attraverso l’intestino;
•       le molecole complesse spesso sono specie-specifiche: pertanto  occorre che ogni organismo demolisca le proteine ingerite per riottenere i loro monomeri (aminoacidi) costituenti e quindi riutilizzare gli amminoacidi ottenuti per costruire le proprie proteine.

 Una grande varietà di nutrienti

Il corpo umano ricava dall'alimentazione vari tipi di sostanze:

• monomeri e molecole organiche semplici che le cellule utilizzano per i processi di biosintesi;
• molecole da usare come fonte di energia;
• minerali e vitamine.

Tra le molecole organiche, ve ne sono alcune particolarmente importanti dette ESSENZIALI, perché le nostre cellule non sono in grado di fabbricarle da sole, anche se ne hanno bisogno per sintetizzare altre molecole più complesse. Es. Noi non possiamo sintetizzare alcuni amminoacidi, che sono pertanto detti amminoacidi essenziali e devono essere ottenuti direttamente dalla dieta: le cellule umane, infatti, sono in grado di sintetizzare solo alcuni amminoacidi, utilizzando scheletri carboniosi diversi e trasferendovi i gruppi amminici (-NH₂) derivati da altri amminoacidi. Per gli esseri umani gli aminoacidi fondamentali sono otto: isoleucina, leucina, metionina, fenilalanina, treonina, lisina, triptofano e valina e si trovano nel latte, nelle uova, nella carne e nella soia, in minima quantità nelle verdure.

Gli esseri umani possono sintetizzare quasi tutti i lipidi necessari all'organismo, servendosi dei gruppi acetile ricavati dagli alimenti, ma devono disporre di una fonte alimentare per alcuni acidi grassi, detti pertanto acidi grassi essenziali – quali l’acido linoleico – che non possono essere sintetizzati ex novo. L’acido linoleico è un acido grasso insaturo di cui i mammiferi hanno bisogno per sintetizzare altri acidi grassi, come l’acido arachidonico (componente di molte molecole-segnale come le prostaglandine). Una carenza di acido linoleico può provocare sterilità o compromettere l’allattamento. Gli acidi grassi essenziali sono anche costituenti fondamentali dei fosfolipidi di membrana. Gli amminoacidi e gli acidi grassi essenziali svolgono ruoli strutturali essenziali.

I macronutrienti

Il corpo umano ha bisogno anche di elementi minerali, indispensabili per una varietà di funzioni. Gli elementi necessari in grandi quantità sono detti macronutrienti e sono: calcio, cloro, magnesio, fosforo, potassio, sodio e zolfo.

Il calcio è il quinto elemento in ordine di abbondanza nell'organismo. Il fosfato di calcio Ca₃(PO₄)₂  è il principale materiale strutturale delle ossa e dei denti. La contrazione muscolare, il funzionamento dei neuroni e molte altre funzioni intracellulari degli animali richiedono l’intervento di ioni calcio Ca²⁺. Il ricambio di calcio nel liquido extracellulare è assai rapido perché le ossa sono continuamente rimodellate e il calcio entra ed esce costantemente dalle cellule. Il calcio viene eliminato dall'organismo con l’urina, il sudore e le feci e, pertanto, deve essere regolarmente sostituito.

I micronutrienti

Gli elementi minerali necessari al nostro corpo in piccole quantità (inferiori a 100 mg/giorno) sono chiamati micronutrienti: ferro, fluoro, iodio, selenio e zinco. Alcuni micronutrienti sono richiesti in quantità talmente piccole che non si rilevano mai carenze; ciononostante, anch'essi sono elementi essenziali.

Il ferro si trova ovunque nell'organismo, in quanto è l’atomo che lega l’ossigeno nell'emoglobina e nella mioglobina. È anche un componente degli enzimi della catena di trasporto degli elettroni. Poiché il ferro viene riciclato efficientemente dal corpo e non viene perso con l’urina, nella nostra dieta ne è richiesta una quantità pari a soli 15 mg al giorno. Nonostante il ridotto fabbisogno di questo elemento, la carenza di ferro resta il tipo più comune di deficit di sostanze nutritive minerali; la patologia ad esso correlata è detta anemia.

 Nutrienti particolari: le vitamine

Le vitamine sono un gruppo di composti organici nutritivi essenziali, fondamentali per la crescita e il metabolismo, ma il nostro organismo non è in grado di sintetizzarle. La maggior parte delle vitamine funziona come coenzimi o parti di essi ed è richiesta in quantità molto piccole.

Per esempio, gli esseri umani non sono in grado di sintetizzare l’acido ascorbico, la vitamina C. Una carenza di vitamina C porta a una malattia chiamata scorbuto, caratterizzata da sanguinamento delle gengive, perdita dei denti, emorragie sottocutanee e un rallentamento nella cicatrizzazione delle ferite. Gli esseri umani necessitano di 13 vitamine, divise in idrosolubili e liposolubili.

Se ingerite in quantità superiori al fabbisogno dell’organismo, le vitamine idrosolubili in eccesso vengono eliminate tramite l’urina. Le vitamine liposolubili, invece, possono accumularsi nel grasso corporeo e raggiungere livelli tossici, soprattutto per il fegato.

La vitamina D (o colecalciferolo) è una vitamina liposolubile, essenziale per l’assorbimento e il metabolismo del calcio, che l’organismo umano è in grado di produrre. Infatti, alcuni lipidi presenti nel corpo umano possono essere convertiti in vitamina D  grazie all'azione dei raggi UV sulla cute. Chi vive nelle zone con un clima freddo non può esporre la maggior parte del corpo ai raggi solari, inoltre le ore di luce invernali sono molto poche; e deve, quindi, integrare il fabbisogno di vitamina D con una dieta ricca di lipidi.

 L’organizzazione dell’apparato digerente

L’apparato digerente è formato da un canale alimentare (o tubo digerente) che si estende dalla bocca all'ano, e da numerosi organi annessi (denti, lingua, fegato, pancreas), che collaborano ai vari processi. Il canale alimentare è costituito da diverse parti specializzate: la bocca, la faringe, l’esofago, lo stomaco e l’intestino, che termina con una apertura detta ano. L’intestino, la parte più lunga del tubo digerente, è diviso in due parti principali: intestino tenue e intestino crasso.

Quando è rilassato, il canale alimentare è lungo circa 9 m; la sua lunghezza, tuttavia, può variare perché possiede un rivestimento muscolare ed è soggetto a continui movimenti che rimescolano e spingono il cibo ingerito dalla bocca verso l’ano. Il movimento a ritroso del cibo è generalmente impedito dalla chiusura di alcuni sfinteri, spessi anelli di muscolatura liscia circolare, situati in vari punti del tratto digestivo:

•          lo sfintere esofageo, posto nel punto in cui l’esofago si immette nello stomaco;
•      lo sfintere pilorico, che controlla il transito del contenuto dello stomaco nell'intestino;
•          lo sfintere anale che circonda l’ano.

La digestione procede per gradi, grazie all'intervento di sostanze e enzimi prodotti dalle ghiandole annesse. Il processo ha inizio nella cavità orale e procede poi nello stomaco e nell'intestino. Il processo di scomposizione delle molecole è sempre extracellulare, cioè avviene nella cavità interna (o lume) del tubo digerente. Le molecole prodotte dalla digestione vengono poi assorbite dalle cellule epiteliali che rivestono il canale e trasferite nel sangue e nella linfa. Anche l’assorbimento avviene gradualmente ma interessa principalmente l’intestino. Infine, gli scarti solidi della digestione vengono eliminati sotto forma di feci attraverso l’ano.

 L’anatomia dell’apparato digerente

Dall'esofago all'intestino crasso il tubo digerente è rivestito da quattro strati di tessuto chiamati tonache. Nel tubo digerente, infatti, diversi tessuti collaborano allo svolgimento di un’unica funzione. Iniziando dal lume del canale si incontrano i seguenti tessuti: mucosa, sottomucosa, tonaca muscolare, peritoneo.

1. La mucosa è costituita da uno strato di tessuto epiteliale che poggia su uno strato di connettivo (lamina propria) al di sotto del quale si trova un sottile strato di muscolatura liscia. In alcune regioni del canale alimentare le cellule dell’epitelio mucoso sono dotate di microvilli e sono responsabili dell’assorbimento. Nello spessore del tessuto epiteliale si trovano anche cellule con funzioni di secrezione: alcune secernono muco, che lubrifica e protegge le pareti del canale; altre secernono ormoni o enzimi digestivi; mentre le cellule dell’epitelio dello stomaco secernono acido cloridrico HCl;
2. Appena al di sotto della mucosa si trova la sottomucosa, uno strato di connettivo lasso in cui troviamo i vasi sanguigni e linfatici che raccolgono le sostanze assorbite e le distribuiscono al resto del corpo. La sottomucosa contiene il cosiddetto sistema nervoso enterico, una rete di neuroni sensoriali che controllano molte funzioni secretorie del canale alimentare;
3. Il terzo strato è costituito dalla tonaca muscolare, un doppio strato di muscolatura liscia responsabile dei movimenti del tubo digerente:

·         Lo strato più interno è il foglietto muscolare circolare, le cui cellule sono orientate circolarmente intorno al canale;

·         Lo strato più esterno è il foglietto muscolare longitudinale, le cui cellule sono orientate longitudinalmente rispetto al canale.

I muscoli circolari stringono il tubo digerente, mentre i muscoli longitudinali lo accorciano. L’attività coordinata dei due foglietti muscolari genera onde di contrazione che permettono il rimescolamento e la progressione del cibo lungo il tubo digerente. Questi movimenti involontari sono chiamati movimenti di peristalsi. Fra i due strati di muscolo liscio si trova un’altra rete di neuroni, che coordina la frequenza e l’intensità delle contrazioni.

Nella zona della bocca, della faringe e della parte alta dell’esofago, la tonaca muscolare contiene una componente di muscolo scheletrico, che produce la deglutizione volontaria.

Anche lo sfintere anale è costituito da muscolo scheletrico che permette il controllo volontario della defecazione.

4. Lo strato più esterno che circonda il tratto gastrointestinale è la tonaca sierosa o peritoneo. Questa membrana, che secerne un liquido lubrificante utile a permettere lo scorrimento dei visceri l’uno sull'altro, riveste sia la parete addominale (peritoneo parietale) sia gli organi stessi (peritoneo viscerale).

Le prime fasi della digestione

Nella cavità orale il cibo è frantumato e inizia la digestione chimica

Il cibo viene introdotto nell'apparato digerente attraverso la bocca o cavità orale, dove viene masticato e mischiato con la saliva. La bocca è delimitata da:

1. labbra
2.  guance
3.  palato duro (anteriore) 
4. palato molle (posteriore). 

Alla cavità orale sono annessi:

·         lingua

·         denti

·         tre paia di ghiandole salivari:

1.         le parotidi, situate davanti e sotto le orecchie
2.         le sotto-mandibolari
3.         le sottolinguali.

Le ghiandole salivari sono ghiandole esocrine che secernono la saliva, una miscela fluida composta per oltre il 99% di acqua. Essa ha anche una funzione protettiva, poiché contiene un enzima, detto lisozima, che è in grado di uccidere i batteri.

La salivazione è controllata dal sistema nervoso autonomo. Normalmente viene sempre prodotta una quantità di saliva sufficiente a inumidire la cavità orale e la lingua, mentre in condizioni di forte stress prevale la sensazione di «bocca secca».

Nella cavità orale il cibo viene triturato dai denti e mescolato con l’aiuto della lingua e della saliva. Inoltre, inizia la digestione chimica grazie all’amilasi salivare, enzima secreto dalle ghiandole salivari e mischiato con il cibo mentre questo viene masticato. L’amilasi idrolizza l’amido, liberando molecole di maltosio.

Il cibo così trattato si trasforma in bolo. Raramente le sostanze presenti nel bolo vengono assorbite a livello del cavo orale, perché la degradazione chimica è troppo limitata. Solo alcuni farmaci riescono ad attraversare la mucosa boccale e a passare nel sangue.

Il bolo masticato viene spinto verso la gola dalla lingua; quando il cibo entra in contatto con il palato molle ha inizio la deglutizione, che spinge il bolo attraverso la faringe fino all'esofago. L’esofago è un «tubo» muscolare (circa 30 cm) che corre posteriormente alla trachea; ha inizio dalla parte posteriore della faringe e attraversa il diaframma connettendosi alla parte superiore dello stomaco. La deglutizione è un processo che comprende una complessa serie di riflessi. Per evitare che il cibo entri nella trachea, la laringe si chiude e una piega di tessuto, chiamata epiglottide, ne ricopre l’ingresso. Dopo il passaggio del bolo, le vie respiratorie si riaprono e la respirazione riprende.

Giunto nell'esofago, il bolo è spostato verso lo stomaco da movimenti di peristalsi. La muscolatura del primo terzo dell’esofago è scheletrica ed è controllata dal sistema nervoso volontario, mentre per la parte rimanente si tratta di muscolatura liscia (involontaria).

La muscolatura liscia del canale alimentare si contrae in risposta allo stiramento, che si verifica quando un bolo di cibo raggiunge l’esofago; i muscoli reagiscono contraendosi, spingendo il cibo verso lo stomaco. La rete di neuroni posta fra i due foglietti muscolari coordina i muscoli in modo che la contrazione sia sempre preceduta da un’onda anticipatoria di rilassamento; così, quando un tratto dell’esofago si contrae, il segmento situato subito a valle si rilascia, e il bolo viene spinto in quella direzione. In questo modo la peristalsi si propaga lungo il tubo digerente dalla bocca all'ano, spingendo verso lo stomaco il bolo alimentare. Il movimento a ritroso del cibo dallo stomaco nell’esofago è impedito dallo sfintere esofageo. Questo sfintere normalmente è contratto, ma le ondate peristaltiche lo spingono a rilassarsi quanto basta per far passare il cibo dall'esofago nello stomaco.

 Nello stomaco procedono sia la digestione meccanica sia quella chimica

Lo stomaco ha la forma della lettera J e si trova al di sotto del diaframma. E’ diviso in 4 zone:

1. il cardias è la zona che circonda lo sfintere esofageo;
2. il fondo è la porzione superiore;
3. il corpo è la parte più grande ripiegata;
4. il piloro è la regione inferiore, più ristretta.

La principale funzione dello stomaco è immagazzinare il cibo e mescolarlo; motivo per cui quest'organo è espandibile (può infatti arrivare a contenere fino a 1,5 L di alimenti) grazie al fatto che la muscolatura liscia dello stomaco è poco sensibile allo stiramento.

Lo stomaco ha anche funzioni secretorie: l'epitelio della mucosa si introflette a formare profonde depressioni dette fossette gastriche, contenenti tre differenti tipi di cellule secretrici:

1. le cellule principali = secernono il pepsinogeno, un enzima in forma inattiva;
2. le cellule parietali = producono acido cloridrico, che uccide i microrganismi che raggiungono lo stomaco e converte il pepsinogeno nella sua forma attiva, la pepsina, un enzima in grado di digerire le proteine;
3. le cellule mucose = secernono muco.

Il succo gastrico è costituito dalla miscela di acido cloridrico e pepsina per cui potrebbe potenzialmente danneggiare la mucosa, ma ciò viene impedito dalle cellule mucose, che riversano il loro muco protettivo sulle pareti dello stomaco. Nel muco sono presenti anche:

• sostanze tampone che mantengono il pH sulla superficie della mucosa quasi neutro
• enzimi detti inibitori delle proteasi che riducono il danno provocato dagli enzimi gastrici.

Lo stomaco rilascia gradualmente il suo contenuto nell'intestino tenue

Quando il bolo arriva nello stomaco, le sue pareti si distendono e il pH tende ad aumentare; ciò dà luogo a impulsi nervosi che stimolano la secrezione del succo gastrico e attivano le onde di mescolamento, ossia dei modesti movimenti peristaltici prodotti dalla tonaca muscolare. In tal modo il cibo si mescola al succo gastrico e diventa un liquido denso chiamato chimo. Contemporaneamente ha inizio la digestione chimica delle proteine che a opera della pepsina vengono idrolizzate e trasformate in corti peptidi.
A piccoli spruzzi il chimo viene spinto nell'intestino tenue, passando attraverso lo sfintere pilorico (parzialmente aperto), mentre la maggior parte viene spinta nuovamente indietro verso il corpo dello stomaco. Lo stomaco umano si svuota gradualmente in circa 4 ore, per evitare di sovraffaticare l’intestino.



FONTI
Sadava, Invito alla Biologia

Invito alla biologia. Cellula. Genetica. Evoluzione. Animali. Piante. Helena Curtis,N. Sue Barnes, Adriana Schnek

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