Apparato digerente e metabolismo energetico

Corso di Laurea Magistrale in

“Medicina e Chirurgia”

Prof. Clara Iannuzzi

Dipartimento di Biochimica, Biofisica e Patologia Generale

clara.iannuzzi@unina2.it

Fisiologia e Biofisica

A.A. 2016-2017

-Lungo tubo che decorre all’internodell’organismo e aperto verso ilmondo esterno.

-Funzione principale: portarenutrienti, acqua ed elettrolitidall’ambiente esterno a quellointerno.

- Funzione di difesa contro gliagenti estranei.

Sistema gastro-intestinale

IL SISTEMA DIGERENTE SVOLGE 4 PROCESSI FONDAMENTALI

-ASSORBIMENTO: non regolato quindiassorbiamo tutto quello che mangiamo.

-MOTILITA’/SECREZIONE: continuamenteregolate per aumentare la disponibilità dimateriale assorbibile.

Motilità: se gli alimenti si muovono tropporapidamente non permangono nel lume per untempo sufficiente per essere digeriti edassorbiti.

Secrezione: se gli enzimi digestivi non sonosecreti in quantità adeguate, gli alimenti nonpossono essere frammentati in una formaassorbibile.

Funzione di difesa

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

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

-A questo scopo l’epitelio di trasporto è affiancato da unabatteria di meccanismi di difesa fisiolologici come muco,enzimi digestivi, acidi e la maggiore quantità di tessutolinfatico dell’organismo (l’80% di tutti i linfociti presentinell’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 piccoliframmenti (aumenta la superficie di esposizione agli enzimidigestivi)

-La motilità è determinata dalle proprietà del muscolo lisciopresente nella parete del tratto gastrointestinale ed èmodificata da segnali chimici provenienti da fibre nervose, daormoni 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 dicibo, spingendolo in avanti.

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

Contrazioni segmentali

Responsabile del rimescolamento(nessun movimento netto in avanti)

Brevi segmenti di intestino alternativamente si contraggono e sirilasciano.

I muscoli circolari si contraggono mentre i muscoli longitudinali sirilasciano.

Secrezione

Equilibrio di massa tra entrate eduscite: cellule e ghiandole esocrinesecernono circa 7L di liquido algiorno nel lume del canalealimentare (enzimi digestivi, muco,acqua) fondamentale per lafunzione digestiva. Questo deveessere riassorbito per evitaredisidratazione.

Secrezione della saliva

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

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

-Essa è regolata dal centro salivare ubicato nel bulbo. Lapresenza di cibo nella bocca stimola i recettori delle papillegustative attivando il sistema nervoso parasimpatico el’aumento di saliva.

Secrezione acida

-Le cellule parietali secernono HCl nellume gastrico

-Anidrasi carbonica genera idrogenionie bicarbonato.

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

-Ioni bicarbonato fuoriescono dallacellula in scambio con ioni Cl- chediffondono nel lume attraverso i canalidella 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 sullasecrezione pancreaticaderivano dagli ormonicolecistochinina (CCK) esecretina, che vengonorilasciati in risposta allapresenza di cibo nel duodeno.

Secrezione bile

CCK e secretina sono ancheresponsabili della regolazionedell’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 ingeritofinchè non si svuotanell’intestino tenue a unavelocità appropriata per ladigestione e l’assorbimentoottimali

- Secernere HCl ed enzimi periniziare la digestione delleproteine

- Produzione del chimo

Volume delchimo

determina la distensione della parete che ha uneffetto diretto sull’eccitabilità del muscololiscio; oltre ad agire attraverso i plessiintrinseci, il nervo vago e la gastrina

L’aumento del volume stimola la motilità e lo svuotamento

Grado difluidità delchimo

Il contenuto deve essere in forma fluida peressere evacuato

L’aumento della fluiditàpermette uno svuotamentopiù rapido

Fattori che regolano la velocità di svuotamento gastrico:

Fattori gastrici

Fattori duodenali

Presenza dilipidi, acidi,ipertonicità,distensione

Iniziano il riflesso enterogastrico o inducono ilrilascio di enterogastroni (secretina ecolecistochinina)

La presenza di questifattori nel duodenoinibisce un’ulterioremotilità e svuotamentodello stomaco finchè nonsono stati trattati

Fattori emotivi

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

Produzione di HCl ad opera dicellule parietali e pepsinogenoad opera delle principali.

HCl distrugge i batteri e altrimicrorganismi ingeriti edenatura le proteine (pontidisolfuro e idrogeno).

Pepsina digerisce legamipeptidici frammentando leproteine.

La fase intestinale è inibitoria

-con il graduale svuotamento dello stomaco scompare ilprincipale stimolo per la secrezione gastrica, lapresenza del cibo

-accumulo di acido induce il rilascio di somatostatinache con un meccanismo di feedback negativo riduce lasecrezione gastrica

-il riflesso enterogastrico e gli enterogastronisopprimono le cellule secernenti

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.

Nel duodeno

-il chimo è mescolato con una soluzione acquosa provenientedal pancreas (succo pancreatico) che contiene diversienzimi digestivi ed è ricca di bicarbonato.

-Il bicarbonato neutralizza l’acidità del chimo provenientedallo stomaco (enzimi presenti nel succo pancreaticoagiscono al normale pH dell’intestino tenue leggermentealcalino).

-Oltre al succo pancreatico, il duodeno riceve anche la bile,un fluido secreto dal fegato che contiene bicarbonato e salibiliari (digestione lipidi).

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

La secrezione esocrina pancreatica è regolata alla secretina e dallacolecistochinina

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

Nel periodo interprandiale, labile secreta vieneaccumulata nella colecisti.Quando il chimo raggiunge ilduodeno si induce(specialmente da parte deilipidi) il rilascio dicolecistochinina che stimolala contrazione della colecistie il rilasciamento dellosfintere di Oddi. Quindi labile viene scaricata nelduodeno dove facilita ladigestione e l’assorbimentodei lipidi.

La digestione nel lume dell’intestino tenue viene effettuata daglienzimi pancreatici e la digestione dei lipidi viene potenziata dallasecrezione biliare.

I carboidrati vengono ridotti a disaccaridi e monosacaridiLe proteine vengono degradate in frammenti peptici e amminoacidiI 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 possonoidrolizzare:

Legami tra monomeri di glucosioLegami alla fine delle catene polisaccaridiche

Intolleranza al lattosio

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

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

PROTEINE

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

- La digestione delle proteine richiededue enzimi: ENDOPEPTIDASI eESOPEPTIDASI.

- Questi enzimi sono stoccati nelle cellule epiteliali come zimogeni e sonosecreti per esocitosi. Appena liberati nel lume del tratto GI subisconol’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 attivamentein cotrasporto con il sodio.

-Di- e tri-peptidi sono trasportatiattivamente ma utilizzandotrasportatori differenti dagli aa.

- Di- e tri-peptidi sono ulteriormenteidrolizzati a singoli aa dalle proteasiintracellulari.

- Gli aa sono infine trasportatiattraverso la membrana basolateralemediante diffusione facilitata eimmessi nel sangue.

LIPIDI

-L’efficace digestione dei lipidi è resapossibile dall’azione della bile che perprima vi entra in contatto nel duodeno.

-I sali biliari consentonol’emulsionamento dei globuli di grasso ingoccioline più piccole.

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

- In questo modo i sali biliari consentonoai globuli di grasso di

mescolarsi meglio in acqua

interagire meglio con la lipasipancreatica.

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

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

Principali reazioni metaboliche durante la fase di assorbimento