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~