Capitolo 16 Lalimentazione e la digestione Copyright 2006

Capitolo 16 L’alimentazione e la digestione Copyright © 2006 Zanichelli editore

Alimentazione ed elaborazione del cibo 16. 1 Gli animali possono alimentarsi in vari modi Tutti gli animali si nutrono di altri organismi: • gli animali che mangiano sia piante sia animali sono detti onnivori; • gli animali che mangiano solo vegetali sono detti erbivori; • gli animali che mangiano altri animali sono detti carnivori. Copyright © 2006 Zanichelli editore

• Gli animali che si nutrono per ingestione utilizzano numerose strategie per procurarsi il cibo. • In base a queste, si distinguono organismi: filtratori, consumatori del substrato, succhiatori. Figura 16. 1 C Bruco Figura 16. 1 A Copyright © 2006 Zanichelli editore Feci Figura 16. 1 B Figura 16. 1 D

16. 2 La trasformazione del cibo avviene in quattro fasi Molecole piccole Pezzi di cibo Digestione chimica (idrolisi enzimatica) Demolizione meccanica Le molecole nutritive entrano nelle cellule Cibo 1 Ingestione Sostanze non digerite 2 Digestione 3 Figura 16. 2 A Copyright © 2006 Zanichelli editore Assorbimento 4 Eliminazione

Nella digestione chimica i polimeri vengono scissi in monomeri. Polimero Monomeri Enzimi per la digestione di proteine Proteina Polisaccaride Amminoacidi Enzimi per la digestione di polisaccaridi Disaccaride Monosaccaridi Enzimi per la digestione di acidi nucleici Acido nucleico Nucleotidi Enzimi per la digestione di grassi Figura 16. 2 B Copyright © 2006 Zanichelli editore Grasso Glicerolo Acidi grassi

16. 3 La digestione avviene in compartimenti specializzati • Il cibo è digerito all’interno di compartimenti chiamati vacuoli alimentari che si fondono con i lisosomi che contengono gli enzimi idrolitici. • Le spugne, tra gli animali più semplici, compiono tutti i loro processi digestivi nei vacuoli alimentari. Copyright © 2006 Zanichelli editore

Gli cnidari e i vermi piatti (animali relativamente semplici) possiedono una cavità gastrovascolare, cioè un sistema digerente fornito di una sola apertura: la bocca. Bocca Tentacolo 1 Enzimi digestivi secreti da una ghiandola 2 I tessuti molli vengono digeriti Cibo (una dafnia) Figura 16. 3 A Copyright © 2006 Zanichelli editore 3 Le particelle Cavità di cibo gastrovascolare vengono inglobate 4 Le particelle di cibo vengono digerite in un vacuolo alimentare

Molti animali sono invece dotati di un tubo digerente, costituto da un canale che si estende tra due aperture, la bocca e l’ano, dotato di regioni specializzate. Bocca Faringe Esofago Gozzo Ventriglio Intestino Ano Porzione interna dell’intestino Lombrico Parete dell’intestino Esofago Stomaco Ano Bocca Gozzo Cavalletta Ciechi gastrici Bocca Stomaco Ventriglio Intestino Esofago Gozzo Figura 16. 3 B Copyright © 2006 Zanichelli editore Uccello Ano Intestino

Il sistema digerente umano 16. 4 Il sistema digerente umano è costituito da un canale alimentare e da organi a esso associati • Le parti principali del canale alimentare sono: la bocca, la faringe, l’esofago, lo stomaco, l’intestino tenue, l’intestino crasso e l’ano. • Dopo essere stato inghiottito, il cibo viene spinto lungo il canale alimentare grazie alla peristalsi, una sequenza di onde ritmiche di contrazione della muscolatura liscia presente nella parete del tubo digerente. Copyright © 2006 Zanichelli editore

Un anello muscolare, chiamato sfintere pilorico, regola il passaggio degli alimenti dallo stomaco all’intestino tenue. Cavità orale Lingua Bocca Faringe Ghiandole salivari Esofago Fegato Cistifellea Esofago Cardias Stomaco Sfintere pilorico Pancreas Intestino tenue Intestino crasso Retto Ano Figura 16. 4 Copyright © 2006 Zanichelli editore Intestino tenue

16. 5 La digestione ha inizio all’interno della cavità orale Le ghiandole salivari sono sei: • due parotidi; • due sottomascellari; Ghiandole sottolinguali Ghiandole parotidi Lingua • due sottolinguali. Ghiandole sottomascellari Figura 16. 5 A Copyright © 2006 Zanichelli editore

La saliva dà inizio alla digestione chimica • la saliva contiene molte sostanze importanti per la trasformazione del cibo: • una glicoproteina che protegge la bocca e lubrifica il cibo; • alcune sostanze tampone che neutralizzano l’acidità del cibo; • il lisozima (un antibatterico); • l’amilasi salivare (o ptialina) (un enzima digestivo). Copyright © 2006 Zanichelli editore

La masticazione dà inizio alla digestione meccanica • Grazie all’azione meccanica dei denti, il cibo viene frantumato ed esposto all’azione degli enzimi. • La lingua è un organo muscolare, ricoperto da papille gustative, che contengono i recettori del gusto. • La lingua mescola il cibo con la saliva, formando il bolo alimentare. Canini Premolari Molari Lingua Apertura del dotto di una ghiandola salivare Copyright © 2006 Zanichelli editore Denti Incisivi Figura 16. 5 B

16. 6 Sia il cibo sia l’aria che respiriamo passano attraverso la faringe Un riflesso legato alla deglutizione fa passare il bolo alimentare dalla faringe all’esofago, impedendogli di entrare nella trachea (osservare in figura l'epiglottide). Lingua Bolo di cibo Faringe L’epiglottide si alza Laringe Sfintere esofageo Trachea Sfintere contratto L’epiglottide si abbassa La laringe si alza Esofago Sfintere rilasciato Figura 16. 6 Copyright © 2006 Zanichelli editore L’epiglottide si alza La laringe si abbassa Sfintere contratto

16. 7 L’esofago convoglia il bolo alimentare verso lo stomaco Le onde peristaltiche nell’esofago fanno passare il bolo alimentare nello stomaco. Bolo alimentare I muscoli circolari si contraggono, restringendo il canale, e il bolo viene spinto giù. I muscoli circolari si rilassano e il canale si apre. Stomaco Figura 16. 7 Copyright © 2006 Zanichelli editore Muscoli circolari contratti Muscoli circolari rilassati

La parete dell’esofago è costituita da quattro strati (o tonache): • la mucosa; • la sottomucosa; • la tonaca muscolare; • la tonaca sierosa. Copyright © 2006 Zanichelli editore

16. 8 Lo stomaco immagazzina temporaneamente il cibo e lo demolisce per mezzo di acidi ed enzimi Cavità dello stomaco Particelle di cibo Colonizzata SEM 2500 Lo stomaco e la produzione di succhi gastrici: Superficie interna dello stomaco Fossette gastriche Rilascio dei succhi gastrici (muco, HCl e pepsinogeno) 3 Rilascio di succhi gastrici Stomaco Sfintere pilorico Figura 16. 8 Copyright © 2006 Zanichelli editore Epitelio Pepsinogeno Cellule mucose Pepsina 2 (enzima HCl attivo) 1 Ghiandola gastrica Cellule principali Cellule parietali 3 La pepsina comincia la digestione chimica delle proteine 2 L’HCl acidifica il contenuto dellostomaco e converte il pepsinogeno in pepsina 1 Il pepsinogeno e l’HCl sono secreti nel lume della ghiandol gastrica

La regolazione dell’attività gastrica • L’attività delle ghiandole gastriche è regolata da un insieme di segnali nervosi e ormonali. • L’odore del cibo genera un segnale nervoso che stimola le ghiandole a produrre i succhi gastrici. • Quando le sostanze alimentari raggiungono lo stomaco inducono le cellule G a rilasciare l’ormone gastrina, che stimola ulteriormente la produzione di succhi gastrici. • Quando il contenuto dello stomaco diventa troppo acido, un meccanismo a feedback negativo inibisce la secrezione dei succhi gastrici. Copyright © 2006 Zanichelli editore

Dal bolo alimentare al chimo • La contrazione dei muscoli della parete dello stomaco rimescola il cibo con i succhi gastrici, formando il chimo. • Normalmente, il chimo non può risalire dallo stomaco all’esofago (a cui è collegato attraverso il cardias). Quando ciò accade, si parla di riflusso gastrico, che provoca «acidità di stomaco» . • Un po’ per volta, il chimo passa dallo stomaco all’intestino attraverso uno sfintere: il piloro. • Lo stomaco impiega da due a sei ore a svuotarsi. Copyright © 2006 Zanichelli editore

16. 9 Nella prima parte dell’intestino si riversano ormoni ed enzimi prodotti dal fegato e dal pancreas Il pancreas produce una soluzione basica ricca di enzimi digestivi e di bicarbonato (che neutralizza l’acidità del chimo). Fegato Bile Cistifellea Stomaco Bile Enzimi dell’intestino Duodeno (parte dell’intestino tenue) Copyright © 2006 Zanichelli editore Chimo acido Pancreas Succhi pancreatici Figura 16. 9

• Due ormoni (la secretina e il CCK, colecistochinina) aumentano nel fegato la produzione di bile, che si accumula nella cistifellea (un sacchetto a forma di pera situato alla base del fegato). • La bile contiene sali biliari che emulsionano i grassi rendendoli più facilmente attaccabili da parte degli enzimi. Copyright © 2006 Zanichelli editore

16. 10 Nel duodeno termina la digestione chimica degli alimenti Nell’intestino tenue avviene un processo di digestione enzimatica che termina la digestione delle macromolecole presenti nei cibi. Tabella 16. 10 Copyright © 2006 Zanichelli editore

16. 11 Il pancreas e il fegato svolgono numerose funzioni legate più o meno strettamente alla digestione • Il pancreas è una ghiandola situata appena al di sotto dello stomaco, nella parte sinistra della cavità addominale, e costituita da una parte endocrina e da una parte endocrina, secernente enzimi che intervengono nella digestione. • Il fegato è spesso definito il «laboratorio chimico» dell’organismo, in quanto svolge numerose funzioni. Copyright © 2006 Zanichelli editore

Funzioni metaboliche e di deposito del fegato Tutte le sostanze assorbite dall’intestino passano per il fegato, prima di essere trasferite ad altre cellule. • I monosaccardi possono essere trasformati in glucosio, che può essere trattenuto nel tessuto epatico sotto forma di glicogeno. • Gli amminoacidi vengono trasformati in zuccheri, grassi o precursori dell’ATP. • Gli acidi grassi possono essere demoliti nel fegato per formare ATP. • Le vitamine liposolubili e alcuni minerali possono essere immagazzinate nel fegato. Copyright © 2006 Zanichelli editore

Funzione protettiva del fegato • Il fegato trasforma numerose sostanze, rendendole innocue e facilmente eliminabili. • Le sostanze vengono demolite attraverso processi catabolici oppure coniugati con composti che ne inibiscono l’attività. Le sostanze demolite possono essere: – endogene (ormoni come l’insulina, gli estrogeni e il progesterone) – esogene (farmaci come antibiotici e sulfammidici) Copyright © 2006 Zanichelli editore

La struttura del fegato: Figura 16. 11 Copyright © 2006 Zanichelli editore

16. 12 L’assorbimento delle sostanze nutritive avviene principalmente nella seconda parte dell’intestino tenue La parete interna dell’intestino tenue presenta molte piccole estroflessioni digitiformi, chiamate villi, che aumentano la superficie Strati muscolari di assorbimento. Vasi sanguigni con sangue diretto verso il fegato Lume Pliche circolari Villi Assorbimento delle sostanze nutritive Figura 16. 12 Copyright © 2006 Zanichelli editore Parete intestinale

Le sostanze nutritive passano attraverso l’epitelio intestinale (per diffusione o trasporto attivo) e poi attraverso le sottili pareti dei capillari o dei vasi linfatici e giungono così al fegato dove vengono trasformate e accumulate. Lume dell’intestino Assorbimento delle sostanze nutritive Microvilli Cellule epiteliale Assorbimento delle sostanze nutritive nelle cellule epiteliali Amminoacidi Acidi grassi e e zuccheri glicerolo Grassi Capillari sanguigni Sangue Vaso linfatico Linfa Cellule epiteliali Figura 16. 12 Copyright © 2006 Zanichelli editore Villi

Nell’intestino tenue vengono dunque assorbiti: • i monosaccaridi; • gli amminoacidi; • i lipidi; • le vitamine; • l’acqua e gli ioni. Copyright © 2006 Zanichelli editore

16. 13 La funzione principale dell’intestino crasso consiste nel terminare il riassorbimento dell’acqua e dei sali minerali • L'intestino crasso è suddiviso in retto, con l'appendice, colon (ascendente, trasverso, discendente e sigma) e retto. • Le feci rappresentano i prodotti di scarto della digestione e vengono immagazzinate nella porzione terminale del colon, il retto. Intestino crasso (colon) Sfintere Ultimo tratto dell’intestino tenue Appendice Figura 16. 13 Copyright © 2006 Zanichelli editore Cieco Intestino tenue Retto Ano Flusso delle sostanze nutritive

COLLEGAMENTI 16. 14 Le principali patologie del sistema digerente e le loro cause Patologie gastriche Una delle patologie più diffuse dello stomaco e della prima parte del duodeno è l’ulcera. L’ulcera è causata da batteri (Helicobacter pylori) che si trovano sugli strati mucosi dello stomaco. Figura 16. 14 Copyright © 2006 Zanichelli editore Colonizzato SEM 10 000 Batteri Strati mucosi dello stomaco

Patologie del fegato Le epatiti sono processi infiammatori acuti o cronici del fegato che possono portare alla necrosi o favorire l’insorgenza del cancro. Patologie pancreatiche La pancreatite acuta ha varie cause, tra le quali la presenza di un calcolo nelle vie biliari; la pancreatite cronica è un processo infiammatorio che si protrae nel tempo e che porta alla progressiva atrofia dell’organo. Patologie dell’intestino L’appendicite è un’infiammazione acuta dell’appendice cecale; il tumore al colon-retto è la forma di cancro che colpisce più spesso il sistema digerente. Copyright © 2006 Zanichelli editore

16. 15 Il sistema digerente degli erbivori è più lungo e complesso di quello dei carnivori • A seconda del tipo di alimentazione, negli animali esistono molte varianti allo schema generale del sistema digerente umano. • I mammiferi erbivori, che non sono in grado di digerire la cellulosa delle piante di cui si cibano, hanno un caratteristico tubo digerente molto lungo, dotato di speciali sacche ospitano una grande quantità di batteri e protozoi che trasformano la cellulosa in zuccheri semplici e altre sostanze nutritive. Copyright © 2006 Zanichelli editore

Di solito Il tubo digerente degli erbivori è più lungo di quello dei carnivori. Intestino tenue Stomaco Cieco Intestino crasso (colon) Figura 16. 15 A Copyright © 2006 Zanichelli editore Carnivoro Erbivoro

I mammiferi ruminanti (bovini, caprini e cervidi) hanno un sistema elaborato per digerire la cellulosa: il loro stomaco è dotato di quattro camere dove sono presenti batteri in grado di demolire la cellulosa. Intestino 3 Omaso 1 Rumine Esofago Rumine 4 Abomaso Figura 16. 15 B Copyright © 2006 Zanichelli editore 2 Reticolo

Alimentazione bilanciata e salute 16. 16 L’alimentazione fornisce energia per la crescita e per lo svolgimento di tutte le attività dell’organismo Un’alimentazione bilanciata fornisce: • l’energia necessaria per le attività dell’organismo; • le sostanze di base per fabbricare le proprie molecole complesse; • le molecole essenziali (che gli animali non sono in grado di fabbricare). Tabella 16. 16 Copyright © 2006 Zanichelli editore

COLLEGAMENTI 16. 17 Il grasso corporeo e la mania delle diete • Nella cultura occidentale il grasso corporeo in eccesso è considerato antiestetico, mentre altre culture considerano il grasso in modo diverso. • Le diete dimagranti possono aiutare le persone a perdere perso ma possono essere rischiose per la loro salute. Tabella 16. 17 Copyright © 2006 Zanichelli editore

16. 18 Una corretta alimentazione deve contenere gli amminoacidi essenziali, vitamine e minerali Gli otto amminoacidi essenziali che l’uomo adulto non è in grado di fabbricare possono essere ottenuti dalle proteine animali o da una giusta combinazione di alimenti di origine vegetale (cereali-legumi). Amminoacidi essenziali Metionina Valina (Istidina) Treonina Fenilalanina Granoturco e altri cereali Figura 16. 18 Copyright © 2006 Zanichelli editore Leucina Isoleucina Triptofano Lisina Fagioli e altri legumi

• Le vitamine sono sostanze nutritive organiche essenziali ma necessarie in quantità molto inferiore rispetto agli amminoacidi. • Le vitamine indispensabili all’uomo sono 13. • La maggior parte delle vitamine sono coenzimi o parti di coenzimi, hanno funzioni catalitiche e vengono usate più volte nelle reazioni metaboliche. Copyright © 2006 Zanichelli editore

Vitamine necessarie all’organismo umano: Tabella 16. 18 Copyright © 2006 Zanichelli editore

• Il funzionamento dell’organismo richiede anche diverse sostanze inorganiche: i minerali. • Nel campo della nutrizione vengo detti minerali gli elementi chimici diversi dal carbonio, dall’idrogeno, dall’ossigeno e dall’azoto (i quattro componenti principali dei composti organici. • I minerali svolgono molte funzioni diverse. Copyright © 2006 Zanichelli editore

COLLEGAMENTI 16. 19 Ancora oggi milioni di persone sono denutrite e soffrono di fame • Circa 200 milioni di bambini al di sotto dei cinque anni soffrono di malnutrizione proteico-energetica. • Tra le carenze vitaminiche (ipovitaminosi) più diffuse vi sono quelle delle vitamine A e D. • Anche un insufficiente apporto minerale può provocare malattie. Figura 16. 19 A, B Copyright © 2006 Zanichelli editore

COLLEGAMENTI 16. 20 L’alimentazione può influire sul rischio di contrarre malattie cardiovascolari e alcuni tipi di cancro Un’alimentazione bilanciata può aiutare a ridurre il rischio di malattie cardiovascolari e cancro. Fattori di rischio comportamentali Copyright © 2006 Zanichelli editore Fattori di rischio inevitabili Dieta ricca di grassi Invecchiamento Inattività fisica Storia familiare Fumo Figura 16. 20 Tasso di colesterolo elevato e pressione alta Malattia cardiovascolare Essere maschi

Linee guida per un’alimentazione che riduce il rischio di cancro: Tabella 16. 20 Copyright © 2006 Zanichelli editore