Fisiologia della Nutrizione: Processi Digestivi e Adattamenti Biologici

Tipo di Nutrizione

Gli autotrofi sono organismi che hanno la capacità di utilizzare composti chimici inorganici come materie prime per la loro alimentazione, ottenendo energia attraverso:

• Chemiosintetici: utilizzano l'energia derivante da reazioni chimiche (es. batteri).
• Fotosintetici: utilizzano l'energia solare (es. cianobatteri e piante).

Gli eterotrofi sono organismi che necessitano di materia organica e sostanze nutritive (es. batteri, funghi, animali).

La trasformazione e l'uso continuo di sostanze nutritive all'interno della cellula avvengono attraverso una complessa catena di reazioni, definita metabolismo:

• Catabolismo: degradazione di sostanze per ottenere energia.
• Anabolismo: sintesi di molecole con dispendio di energia.

Cattura del Cibo

La cattura del cibo è un processo fondamentale per gli organismi eterotrofi, poiché determina la struttura e la complessità dell'animale.

Questo processo influenza sia lo sviluppo di numerose terminazioni sensoriali nell'organo di cattura, che permettono la valutazione delle proprietà chimiche degli alimenti, sia un'efficace attività di locomozione (es. nei predatori).

Digestione

La digestione è il processo che trasforma gli alimenti complessi in sostanze semplici, in grado di penetrare nelle cellule.

La digestione del cibo subisce una serie di trattamenti:

Digestione Meccanica:

• Schiacciamento del cibo (bocca, ventriglio).
• Progressione lungo il tratto digestivo.

Digestione Chimica:

• Enzimi digestivi trasformano molecole complesse in molecole semplici.

Digestione Batterica:

• Fermentazione della cellulosa negli erbivori.
• La flora intestinale fornisce vitamina K.

Per supportare questi processi, gli animali sviluppano strutture digestive:

Il Tubo Digerente:

• Permette il transito alimentare e l'espulsione fecale.
• Facilita la miscelazione del cibo con gli enzimi digestivi.
• Assicura il passaggio regolare da una cavità all'altra.

Il transito avviene tramite:

• Movimenti peristaltici: onde di contrazione circolare che spostano il contenuto longitudinalmente.
• Sfinteri: anelli muscolari più spessi che regolano il passaggio.

Le Ghiandole Digestive:

Sviluppano e riversano i succhi digestivi nel tubo, dove si mescolano con il cibo.

Processi del Sistema Digerente:

• Introduzione: assunzione di cibo nel tratto digerente.
• Digestione: trasformazione del cibo.
  • Digestione Extracellulare: si svolge in un tratto esterno alle cellule.
  • Digestione Intracellulare: quando le particelle di cibo vengono inglobate nelle cellule e digerite al loro interno (es. protozoi e spugne).
• Assorbimento: passaggio delle sostanze nutritive dal tubo digerente al sistema circolatorio.
• Defecazione: rimozione ed espulsione all'esterno dei prodotti non digeriti, ovvero le feci.

Scambio di Gas

In termini generali: Respirazione cellulare ed esterna.

Il Tratto Digerente degli Invertebrati

1. Invertebrati con Digestione Intracellulare:

• Spugne (Poriferi): non possiedono organi digestivi specializzati.
  • Cavità atriale.
  • I coanociti generano una corrente d'acqua e catturano il cibo.
  • Gli amebociti digeriscono il cibo.
  • L'osculo è l'apertura di uscita.

2. Invertebrati con Cavità Gastrovascolare:

• Cnidari (polipi e meduse):
  • Presentano un'unica apertura in comunicazione con l'esterno.
  • Possiedono una cavità gastrovascolare, dove avviene la digestione extracellulare.

3. Invertebrati con Tratto Digerente Completo:

• Presentano un tubo digerente con due aperture: bocca e ano.
• Molluschi (es. lumache):
  • Radula: organo raschiante e trituratore.
  • Ghiandole salivari.
  • Epatopancreas.
• Echinodermi (es. stelle e ricci di mare):
  • Bocca situata inferiormente (o mucosa orale).
  • Ano situato superiormente (aborale).
  • Stomaco con cinque paia di ciechi pilorici, con funzione di assorbimento.
  • Lanterna di Aristotele (nei ricci di mare).
• Artropodi (es. ragni, millepiedi, crostacei, insetti):
  • a) Tratto anteriore: faringe ed esofago.
  • b) Tratto medio: digestione e assorbimento (ciechi digestivi, epatopancreas).
  • c) Tratto posteriore: retto e ano.
  • Specializzazione dell'apparato boccale.
  • Negli insetti, gli apparati boccali sono variamente specializzati:
    • Masticatore: scarafaggi, cavallette.
    • Pungente-succhiatore: cimici, zanzare.
    • Masticatore-lambente: api, vespe.
    • Lambente: mosche.
    • Succhiatore: farfalle.

L'Apparato Digerente nei Vertebrati

1. Zona di Ingestione:

La bocca, che svolge anche alcune funzioni digestive.

2. Zona di Trasporto degli Alimenti:

Faringe ed esofago.

3. Zona di Immagazzinamento:

Stomaco e cieco.

4. Zona di Digestione Principale:

Stomaco, prima porzione dell'intestino tenue, cellule della parete intestinale, pancreas e fegato.

5. Zona di Assorbimento:

Intestino tenue, intestino crasso (solo acqua).

Ingestione Orale e Digestione:

• Masticazione: operata dai denti.
• Insalivazione:
  • Dissolve le particelle alimentari.
  • Inumidisce e lubrifica il bolo alimentare.
  • Idrolizza l'amido in maltosio grazie alla ptialina (amilasi salivare).

Deglutizione:

• Chiusura delle vie aeree da parte del palato molle e dell'epiglottide.
• Progressione del bolo attraverso la peristalsi.

Stomaco e Digestione Gastrica:

• Contrazioni peristaltiche.
• Azione del succo gastrico:
  • Pepsina: idrolizza le proteine in polipeptidi.
  • Acido cloridrico (HCl): crea un ambiente acido ottimale per la pepsina.
  • Mucina: protegge la parete dello stomaco.
• Formazione del chimo.
• Svuotamento progressivo dello stomaco attraverso lo sfintere pilorico.

Digestione e Assorbimento nell'Intestino Tenue:

• Completa la digestione dei cibi.
• Alcalinizzazione del chimo grazie all'azione della bile, del succo pancreatico e del succo intestinale. I loro enzimi richiedono un ambiente alcalino.
  • Bile: prodotta dal fegato e conservata nella vescicola biliare.
    • Pigmenti biliari: derivano dalla distruzione dei globuli rossi.
    • Sali biliari: emulsionano i grassi, facilitando l'azione delle lipasi.
  • Succo pancreatico: prodotto dal pancreas.
    • Amilasi pancreatica: idrolizza l'amido in maltosio.
    • Lipasi pancreatica: idrolizza i grassi.
    • Tripsina: idrolizza i polipeptidi in peptidi più semplici.
  • Succo intestinale: prodotto dalle cellule epiteliali della mucosa intestinale.
    • Carboidrasi: idrolizzano i disaccaridi in monosaccaridi.
    • Lipasi intestinali: idrolizzano i grassi.
    • Peptidasi: idrolizzano i peptidi risultanti in amminoacidi.
• Formazione del chilo.
• Assorbimento delle sostanze nutritive. Adattamenti che aumentano la superficie di assorbimento:
  • Villi intestinali.
  • Cellule assorbenti.
  • Cellule caliciformi (produzione di muco).
  • Microvilli.

Attività dell'Intestino Crasso:

• Passaggio delle sostanze non digerite.
• Assorbimento dell'acqua e formazione delle feci.
• Fermentazione batterica (flora intestinale), responsabile della produzione di gas e vitamina K.
• Accumulo delle feci nel retto ed espulsione tramite defecazione.