Apparato digerente e metabolismo energetico

Biofisica e Fisiologia I

Corso di Laurea Magistrale in

“Medicina e Chirurgia”

-Lungo tubo che decorre all’interno dell’organismo e aperto verso il mondo esterno.

-Funzione principale: portare nutrienti, acqua ed elettroliti dall’ambiente esterno a quello interno.

- Funzione di difesa contro gli agenti estranei.

Sistema gastro-intestinale

IL SISTEMA DIGERENTE SVOLGE 4 PROCESSI FONDAMENTALI

-ASSORBIMENTO: non regolato quindi assorbiamo tutto quello che mangiamo.

-MOTILITA’/SECREZIONE: continuamente regolate per aumentare la disponibilità di materiale assorbibile.

Motilità: se gli alimenti si muovono troppo rapidamente non permangono nel lume per un tempo sufficiente per essere digeriti ed assorbiti.

Secrezione: se gli enzimi digestivi non sono secreti in quantità adeguate, gli alimenti non possono essere frammentati in una forma assorbibile.

Funzione di difesa

-Il sistema digerente oltre alle funzioni digestive ha il ruolo di respingere gli agenti estranei.

-Esso fornisce la più ampia superficie di contatto tra interno ed esterno dell’organismo (area pari ad un campo da tennis) ed affronta il conflitto tra la necessità di assorbire acqua e nutrienti e quella di impedire a batteri, virus ed agenti patogeni di penetrare nell’organismo.

-A questo scopo l’epitelio di trasporto è affiancato da una batteria di meccanismi di difesa fisiolologici come muco, enzimi digestivi, acidi e la maggiore quantità di tessuto linfatico dell’organismo (l’80% di tutti i linfociti presenti nell’organismo si trova nell’intestino tenue).

LA PARETE DEL CANALE ALIMENTARE HA 4 STRATI

ANATOMIA INTESTINO TENUE

Intestino tenue: tubo avvolto su se stesso lungo circa 2,5-3 m:

Duodeno circa 30 cm, digiuno circa 1m, ileo circa 1,5m.

Sede della maggior parte della digestione e dell’assorbimento.

Motilità

La motilità del tratto gastrointestinale ha due finalità:

1. Spostare gli alimenti dalla bocca all’ano

2. Mescolare meccanicamente il cibo per suddividerlo in piccoli frammenti (aumenta la superficie di esposizione agli enzimi digestivi)

-La motilità è determinata dalle proprietà del muscolo liscio presente nella parete del tratto gastrointestinale ed è modificata da segnali chimici provenienti da fibre nervose, da ormoni e sostanze paracrine.

Schemi di contrazione nella motilità

Tra i pasti COMPLESSO MOTORIO MIGRANTE

funzione di pulizia del tubo digerente quasi vuoto

Durante i pasti e subito dopo

PERISTALSI

CONTRAZIONI SEGMENTALI

Contrazione peristaltica

Responsabile della progressione del bolo (spostamento in avanti)

Lo strato di muscolo circolare si contrae proprio dietro il bolo di cibo, spingendolo in avanti.

A sua volta, il segmento ricevente si contrae continuando il movimento in avanti.

Contrazioni segmentali

Responsabile del rimescolamento(nessun movimento netto in avanti)

Brevi segmenti di intestino alternativamente si contraggono e si rilasciano.

I muscoli circolari si contraggono mentre i muscoli longitudinali si rilasciano.

Secrezione

Equilibrio di massa tra entrate ed uscite: cellule e ghiandole esocrine secernono circa 7L di liquido al giorno nel lume del canale alimentare (enzimi digestivi, muco, acqua) fondamentale per la funzione digestiva. Questo deve essere riassorbito per evitare disidratazione.

Secrezione della saliva

-La saliva è un liquido iposmotico complesso secreto dalle ghiandole salivari e comprende acqua, ioni, muco e proteine (enzimi ed immunoglobuline).

-La secrezione salivare è stimolata sia dal simpatico che dal parasimpatico.

-Essa è regolata dal centro salivare ubicato nel bulbo. La presenza di cibo nella bocca stimola i recettori delle papille gustative attivando il sistema nervoso parasimpatico e l’aumento di saliva.

Secrezione acida

-Le cellule parietali secernono HCl nel lume gastrico

-Anidrasi carbonica genera idrogenioni e bicarbonato.

-Ioni H+ sono attivamente trasportati nel lume da pompe ATP dipendenti (scambiando K+).

-Ioni bicarbonato fuoriescono dalla cellula in scambio con ioni Cl- che diffondono nel lume attraverso i canali della membrana apicale

La secrezione gastrica viene suddivisa in tre fasi:

Fase cefalica

Fase gastrica

Fase intestinale

Regolazione fase cefalica

Stimoli della fase cefalica (vista, gusto, odore cibo) conseguenti masticazione o deglutizione, danno luogo ad un aumentata attività parasimpatica dei nervi gastrici che incentiva cellule parietarie e principali a produrre acido e pepsinogeno rispettivamente e gastrina nelle cellule G (feedback positivo).

Regolazione fase gastrica

Appena il cibo raggiunge lo stomaco entrano in gioco gli stimoli della fase gastrica. La presenza delle proteine nel lume stimola i chemorecettori della parete gastrica mentre il cibo dilata lo stomaco attivando i meccanocettori.

Secrezione succo pancreatico

Le influenze maggiori sulla secrezione pancreatica derivano dagli ormoni colecistochinina (CCK) e secretina, che vengono rilasciati in risposta alla presenza di cibo nel duodeno.

Secrezione bile

CCK e secretina sono anche responsabili della regolazione dell’ingresso della bile nel duodeno

Ormone Sito di

secrezione

Stimoli per la

secrezione

Azioni

Gastrina Stomaco Proteine e prodotti della

digestione nello stomaco;

distensione dello stomaco;

segnale parasimpatico

Stimola la secrezione e la motilità

gastrica; stimola la motilità ileale e

rilassa lo sfintere ileocecale;

stimola il movimento di massa del

colon

Colecistochinina

(CCK)

Duodeno e

digiuno

Prodotti della digestione

di grassi o proteine nel

duodeno

Inibisce la secrezione e la motilità

gastrica; stimola la secrezione di

bicarbonato pancreatico, di enzimi

pancreatici, di bile dal fegato;

stimola la contrazione della

cistifellea e il rilassamento dello

sfintere di Oddi

Secretina Duodeno e

digiuno

Acido nel duodeno Inibisce la secrezione e la motilità

gastrica; stimola la secrezione di

bicarbonato pancreatico, di enzimi

pancreatici, di bile dal fegato

Peptide

insulinotropico

glucosio-dipendente

Duodeno e

digiuno

Glucosio, grassi o acido

nel duodeno; distensione

del duodeno

Inibisce la secrezione e la motilità

gastrica; stimola la secrezione di

insulina dal pancreas

Vie endocrine per il controllo gastrointestinale

La saliva inizia la digestione dei carboidrati

Digestione

Deglutizione

Stomaco

- Immagazzinare il cibo ingerito finchè non si svuota nell’intestino tenue a una velocità appropriata per la digestione e l’assorbimento ottimali

- Secernere HCl ed enzimi per iniziare la digestione delle proteine

- Produzione del chimo

Volume del chimo

determina la distensione della parete che ha un effetto diretto sull’eccitabilità del muscolo liscio; oltre ad agire attraverso i plessi intrinseci, il nervo vago e la gastrina

L’aumento del volume stimola la motilità e lo svuotamento

Grado di fluidità del chimo

Il contenuto deve essere in forma fluida per essere evacuato

L’aumento della fluidità permette uno svuotamento più rapido

Fattori che regolano la velocità di svuotamento gastrico: Fattori gastrici

Fattori duodenali

Presenza di lipidi, acidi, ipertonicità, distensione

Iniziano il riflesso enterogastrico o inducono il rilascio di enterogastroni (secretina e colecistochinina)

La presenza di questi fattori nel duodeno inibisce un’ulteriore motilità e svuotamento dello stomaco finchè non sono stati trattati

Fattori emotivi

Il succo digestivo gastrico è secreto dalle ghiandole alla base delle fossette gastriche

Produzione di HCl ad opera di cellule parietali e pepsinogeno ad opera delle principali.

HCl distrugge i batteri e altri microrganismi ingeriti e denatura le proteine (ponti disolfuro e idrogeno).

Pepsina digerisce legami peptidici frammentando le proteine.

La fase intestinale è inibitoria -con il graduale svuotamento dello stomaco scompare il principale stimolo per la secrezione gastrica, la presenza del cibo -accumulo di acido induce il rilascio di somatostatina che con un meccanismo di feedback negativo riduce la secrezione gastrica -il riflesso enterogastrico e gli enterogastroni sopprimono le cellule secernenti

Pancreas, secerne enzimi digestivi (enzimi proteolitici, amilasi pancreatica, lipasi pancreatica) e una soluzione alcalina acquosa

La secrezione esocrina pancreatica è regolata alla secretina e dalla colecistochinina

-Il coleretico più potente sono i sali biliari stessi. -Secretina. -Stimolazione vagale.

Nel periodo interprandiale, la bile secreta viene accumulata nella colecisti. Quando il chimo raggiunge il duodeno si induce (specialmente da parte dei lipidi) il rilascio di colecistochinina che stimola la contrazione della colecisti e il rilasciamento dello sfintere di Oddi. Quindi la bile viene scaricata nel duodeno dove facilita la digestione e l’assorbimento dei lipidi.

La digestione nel lume dell’intestino tenue viene effettuata dagli enzimi pancreatici e la digestione dei lipidi viene potenziata dalla secrezione biliare. I carboidrati vengono ridotti a disaccaridi e monosacaridi Le proteine vengono degradate in frammenti peptici e amminoacidi I lipidi vengono ridotti completamente alle loro unità assorbibili, monogliceridi e acidi grassi

La membrana dell’orletto a spazzola contiene tre categorie di enzimi -enterochinasi -disaccaridasi (maltasi, sacarasi e lattasi) -amminopeptidasi

CARBOIDRATI

Digestione non completa dei polisaccaridi: le amilasi non possono idrolizzare: Legami tra monomeri di glucosio Legami alla fine delle catene polisaccaridiche

Intolleranza al lattosio

I monomeri di glucosio sono trasportati attraverso la membrana apicale della mucosa da un sistema di trasporto attivo sodio-dipendente (energia deriva da pompa Na+/K+) Glucosio fuoriesce dalle cellule per diffusione facilitata per poi diffondere nei capillari.

Il fruttosio viene assorbito per diffusione facilitata, quindi non è richiesta energia.

PROTEINE

-Le proteine devono essere idrolizzate in tripeptidi, dipeptidi e amminoacidi, prima dell’assorbimento.

- La digestione delle proteine richiede due enzimi: ENDOPEPTIDASI e ESOPEPTIDASI.

- Questi enzimi sono stoccati nelle cellule epiteliali come zimogeni e sono secreti per esocitosi. Appena liberati nel lume del tratto GI subiscono l’attivazione proteolitica.

- La tripsina converte nella forma attiva anche altri zimogeni.

Attivazione proteasi nell’intestino tenue

Assorbimento amminoacidi e piccoli peptidi

-Gli aa sono trasportati attivamente in cotrasporto con il sodio.

-Di- e tri-peptidi sono trasportati attivamente ma utilizzando trasportatori differenti dagli aa.

- Di- e tri-peptidi sono ulteriormente idrolizzati a singoli aa dalle proteasi intracellulari.

- Gli aa sono infine trasportati attraverso la membrana basolaterale mediante diffusione facilitata e immessi nel sangue.

LIPIDI

-L’efficace digestione dei lipidi è resa possibile dall’azione della bile che per prima vi entra in contatto nel duodeno.

-I sali biliari consentono l’emulsionamento dei globuli di grasso in goccioline più piccole.

- Natura anfipatica: gruppi idrofobici interni e idrofilici esposti all’esterno.

- In questo modo i sali biliari consentono ai globuli di grasso di

mescolarsi meglio in acqua

interagire meglio con la lipasi pancreatica.

Schema generale del catabolismo cellulare

Dai processi ossidativi l’energia per la vita

NAD+

FAD

Nutrienti

Ciclo di

Krebbs

Lipidi

complessi

Glicerolo Acidi grassi

Glicidi

complessi

Glucosio

Glicolisi

Piruvato

Acetil-CoA

Proteine

Amminoacidi

NH3, CO2, H2O

Prodotti semplici da

substrati complessi

Estrazione di

equivalenti riducenti

NADH + H+

FADH2

ATP ADP+P O2 H2O

PRODUZIONE

DI ENERGIA

Confronto fra anaerobiosi ed aerobiosi

In aerobiosi si produce molto più ATP che in anaerobiosi (36 vs 2, rispettivamente)‏

Citoplasma

GLUCOSIO

Rendimento

netto

2 ATP Glicolisi

2 piruvato

2 ATP

32 ATP

Mitocondrio

Catena respiratoria

Fosforilazione ossidativa

O2

6 CO2

Rendimento

netto

+

H2O

Ciclo

di Krebbs

2 NADH

2 NADH

6 NADH

2 FADH2

Energie di combustione

4,1 kcal/g

4,1 kcal/g

9,3 kcal/g

5,05 kcal/LO2

4,65 kcal/LO2

5,92 kcal/gN2

Contenuto N2 urina

Glicidi

Lipidi

Proteine

METABOLISMO

BASALE

- a digiuno;

- posizione orizzontale, a riposo;

- temperatura ambiente confortevole.

J/s = W

W/kg

W/m2

M.B. = kcal/24 h

Fattori che influenzano il consumo metabolico

- età

- sesso

- massa muscolare

- attività fisica

- dieta

- ormoni

- fattori genetici

maschio adulto, 65 kg

kJ/die‏8400‏≈‏kcal/die‏2000‏~