La nutrició humana

Transcripción

1 La nutrició humana

2 Aquest fascicle constitueix la versió en paper d una unitat d aprenentatge multimèdia de Science Bits. El seu contingut procedeix d una obra digital multimèdia disponible a i el seu objectiu és complementar els continguts digitals amb un format físic en paper per facilitar el treball en aules sense un ordinador per a cada alumne. Crèdits fotogràfics (noia menjant, pàg. 1 i 6-7); NASA.org (astronauta, pàg. 8); (arròs, pàg. 9); Jpogi, Wikimedia Commons (cèl lules, pàg. 9); Olena (patata bullida, pàg. 10); (nen menjant, pàg. 11); Hallgerd, istock.com (nena bevent llet, pàg. 13); Elena Elisseeva, 123rf.com (fruita, pàg. 14); Pavel Timofeev, 123rf.com (pa, pàg. 14); Teri Virbickis, 123rf.com (brioixeria, pàg. 14); alex9500, 123rf. com (peix, pàg. 14); ildipapp, 123rf.com (aliments d origen vegetal, pàg. 15); handmadepictures, 123rf.com (soja, pàg. 16); cukmen, 123rf.com (cuscús, pàg. 17); ttatty, 123rf.com (espinacs, pàg. 17); Bruce Wetzel and Harry Schaefer (National Cancer Institute) and Keith Chambers, Wikimedia Commons (mostra de sang, pàg. 22); Robert (suar, pàg. 26); Vladimir Voronin, 123rf.com (bàscula, pàg. 28); Jakub Cejpek, 123rf.com (obesitat, pàg. 28); Katarzyna BiaÅ (anorèxia, pàg. 28); Katarzyna BiaÅ (bulímia, pàg. 28); Warren Goldswain, 123rf.com (rentar-se les dents, pàg. 29); Chobsak (prohibit fumar, pàg. 29); Michael (córrer, pàg. 29); Leung Cho (hidratar-se, pàg. 29); Cathy (oficinista, pàg. 30); creative commons licensed (BY) flickr photo by shallowend: com/photos/shallowend24401/ (esmorzar, pàg. 30); (cistell de menjar, pàg. 33); Prasit (científica, pàg. 36); Sutsaiy (bacallà, pàg. 40); (cereals, pàg. 41); (verdures i hortalisses, pàg. 44); Katherine (pa i cereals, pàg. 44); Katsiaryna (peix, pàg. 44); James (fruita tallada, pàg. 44); Somchai (llet, pàg. 44); Sergei Vidineev, 123rf.com (calculadora, pàg. 46); Ivan (dormir, pàg. 46); Dr. Roger C. Wagner, Professor Emeritus of Biological Sciences University of Delaware Newark (microvellositats, pàg. 50); flickr photo by mia.judkins shared under a Creative Commons (BY-SA) license (taula, pàg. 50); Fabian Schmidt, 123@gmail.com (classe, pàg. 50); com (tenis, pàg. 50); flickr photo by davebloggs007 shared under a Creative Commons (BY) license (ciutat, pàg. 50); Dartmouth College, (mostra de sang, pàg. 53); PAN (vasos sanguinis, pàg. 55). Es permet la còpia i reproducció d aquesta obra sense necessitat d autorització sota les següents condicions simultànies: - La seva utilització complementarà l ús legal de la versió digital multimèdia. - El seu ús quedarà restringit a l àmbit escolar i educatiu. - En cas de distribució, es realitzarà de forma gratuïta. - En cap cas es modificarà el seu contingut. Per a qualsevol altre ús, queda prohibida la reproducció, distribució, comunicació pública o transformació d aquesta obra sense l autorització dels titulars del copyright. Copyright: International Science Teaching Foundation & Science Bits S.L., 2015 International Science Teaching Foundation Tower Bridge House, St Katharine s Way London E1W 1AA (United Kingdom) Science Bits, S.L. Torrent de l Olla 220, 2n 4a Barcelona (España)

3 Ciències de la Vida Unitat La nutrició humana

4 Estructura de la unitat Portada Apareix destacat el títol de la unitat i es presenten els objectius d aprenentatge. A més, es proporciona un índex dels continguts organitzats segons el model constructivista de les 5E. En la versió digital, la portada ofereix una activitat que permet repassar els coneixements necessaris per abordar la lliçó. Engeguem En aquest apartat s ofereix una activitat associada a un vídeo disponible a la versió digital. Igualment, es proporciona un resum del mateix a la primera pàgina. A partir del vídeo es desenvolupen una sèrie d activitats. Algunes d elles poden ser interactives en la versió digital, però sempre apareixeran preguntes de resposta oberta. Explorem Es tracta d una activitat exploratòria i de descobriment per a mobilitzar els coneixements previs i comparar-los amb els resultats obtinguts a partir de l experiència. L objectiu és realitzar un aprenentatge intuïtiu dels conceptes més destacats de la unitat. La versió digital ofereix recursos multimèdia que resulten indispensables per a desenvolupar aquesta activitat: simuladors, vídeos, interactivitats, etc. 4

5 Estructura de la unitat Expliquem S exposen de manera sistemàtica i formal tots els conceptes clau de la unitat. La versió digital ofereix una gran quantitat de recursos multimèdia que faciliten la comprensió de les idees exposades. En aquesta versió imprimible s inclouen els elements gràfics que resulten indispensables i les referències dels recursos digitals disponibles. La versió digital també pot incloure activitats d ampliació o de reforç. Elaborem En aquest apartat s ofereix l oportunitat de demostrar els aprenentatges adquirits mitjançant la seva aplicació pràctica. Per això, es proposa una tasca que consisteix en una activitat-problema a resoldre. La proposta exigeix l aplicació dels conceptes, actituds i procediments apresos en la unitat. La versió digital pot proporcionar eines multimèdia, com simuladors o vídeos, per al seu desenvolupament. Exercicis Cadascun dels conceptes desenvolupats a l apartat «Expliquem» compta amb exercicis interactius o de resposta oberta que tenen com a objectiu la consolidació dels aprenentatges mitjançant la pràctica. Aquesta versió imprimible inclou tots aquells que no corresponen a ampliacions o reforços, organitzats exactament igual que els continguts de la secció «Expliquem». 5

6 La nutrició humana Índex Engeguem Aliments espacials...08 Explorem Explorant la digestió..10 Expliquem Els nutrients...13 Els nutrients dels aliments Els hidrats de carboni..14 Els greixos..14 Les proteïnes...14 Les vitamines...15 L aigua i els minerals...15 La dieta..16 Els processos de la nutrició humana..17 L obtenció de nutrients La digestió..18 Les glàndules digestives...19 L absorció intestinal...20 La respiració pulmonar 20 El transport de substàncies La sang...22 Els vasos sanguinis...22 El cor.23 La circulació sanguínia.23 L expulsió de les substàncies de rebuig 24 La regulació del medi intern Nutrició i salut Malalties relacionades amb la nutrició...26 Trastorns en l alimentació...28 Pautes per mantenir la salut...29 Elaborem Analitza la teva dieta! 30 Exercicis En aquesta unitat aprendràs: Quina informació pots obtenir a les etiquetes dels envasos dels aliments. Per què no és aconsellable menjar brioixeria industrial, menjar ràpid o refrescos ensucrats. Per què es recomana seguir una dieta variada, rica en verdures, hortalisses i fruita. Com arriba l oxigen de l aire fins a totes les teves cèl lules. Què succeeix des que et menges un aliment fins que els nutrients que conté arriben a les teves cèl lules. Com a través de l orina elimines les substàncies de rebuig que produeixen les teves cèl lules. Quins òrgans del teu cos estan implicats en la nutrició. Quines pautes has de seguir per mantenir-te sa.

7 7

8 Engeguem Vídeo Aliments espacials Des que es van iniciar els viatges tripulats a l espai fa unes quantes dècades, ha calgut resoldre un problema: l alimentació dels astronautes. En condicions d ingravidesa, és realment complicat asseure s a menjar un iogurt, per no parlar de cuinar alguna cosa. A més a més, a les naus i estacions espacials, l espai disponible per emmagatzemar menjar és realment limitat. Per això, els científics van pensar que els aliments dels astronautes havien de ser rics en les substàncies essencials per a l organisme, i minimitzar les substàncies que no eren útils. Els primers aliments espacials consistien en cremes nutritives que se servien a l interior de tubs com els dels dentifricis. Més endavant, es van utilitzar cubs petits d aliment concentrat que contenien les substàncies que l astronauta requeria. Els científics fins i tot van arribar a somiar en una píndola equivalent a un àpat complet, sa i equilibrat. Si això fos possible Quines substàncies d un àpat complet, sa i equilibrat, hauria de contenir aquesta píndola per cobrir les necessitats alimentàries d un astronauta? 8

9 Qüestions Què hi ha en els aliments? a. En el vídeo de la versió digital s explica que els aliments dissenyats per als viatges espacials haurien de ser rics en les substàncies essencials per a l organisme. Amb quin nom ens referim al conjunt d aquestes substàncies essencials? b. Quins són els principals tipus de substàncies essencials que trobem en els aliments? 5 mm 0,005 mm Comparació entre les dimensions d un gra de blat de moro i una cèl lula. Què ha de succeir amb els aliments perquè els nutrients que contenen puguin ser incorporats a les nostres cèl lules? Indica si les transformacions que experimenten els aliments en el nostre aparell digestiu són físiques, químiques o de tots dos tipus. c. No tots els aliments contenen les mateixes substàncies essencials o, en qualsevol cas, no en la mateixa proporció. Proposa dos menús, un per exemplificar un àpat sa i equilibrat que contingui totes aquestes substàncies en proporcions adequades i un altre per exemplificar un àpat incomplet i desequilibrat. Justifica les propostes. c. Un cop els nutrients s han extret dels aliments, s han de transportar cap a totes les cèl lules de l organisme. Com es realitza aquest transport? d. Totes les substàncies essencials per al funcionament de l organisme s obtenen a partir dels aliments? Justifica la resposta. Nodrir les cèl lules a. Les cèl lules que conformen el nostre organisme són, en darrer terme, les que utilitzen els nutrients que trobem en els aliments. Quins papers desenvolupen els nutrients en les cèl lules? b. Les dimensions de les cèl lules són molt més petites que les dels trossos d aliment que ingerim. De fet, la majoria de molècules presents als aliments no poden ser absorbides directament per les nostres cèl lules. e. A les cèl lules, els nutrients participen en múltiples reaccions químiques que els transformen en altres substàncies. Algunes d aquestes substàncies produïdes com el CO 2 i la urea són tòxiques si s acumulen al nostre organisme i es coneixen amb el nom de substàncies de rebuig. Què fa el nostre organisme amb les substàncies de rebuig produïdes per les cèl lules? 9

10 Exploramos Explorem Explorant la digestió Els aliments que ingerim contenen nutrients que el nostre organisme necessita. Tanmateix, en la majoria dels aliments, aquests nutrients no es poden utilitzar directament, ja que contenen molècules complexes massa grans que les cèl lules no poden incorporar. Perquè les nostres cèl lules puguin incorporar i utilitzar els nutrients, s han de trencar i simplificar en molècules molt més petites i simples. Aquest procés, anomenat digestió, té lloc a l aparell digestiu. En aquesta activitat explorarem la digestió d un aliment tan comú com és la patata. Vídeo Patata, midó i glucosa La patata és un tubercle, un òrgan de reserva on la planta emmagatzema una substància anomenada midó. El midó és una molècula de mida molt gran que les nostres cèl lules no poden incorporar. Aquesta molècula tan gran està formada per milers de petites molècules de glucosa, enllaçades entre si. La glucosa, en canvi, és una molècula que sí que pot travessar les membranes de les nostres cèl lules. La glucosa un sucre simple és la font principal d energia de les nostres cèl lules. Tal com es mostra en el vídeo de la versió digital, podem detectar la presència de midó a la patata amb la prova del iode: en contacte amb el midó, el iode canvia de color, passa de marró a blau fosc. 10

11 Completa aquest esquema en el qual es comparen les característiques principals de la glucosa i el midó. Nom de la molècula Mida molecular És abundant a la patata? Es detecta amb la prova del iode? L absorbeixen les nostres cèl lules? [midó / glucosa] [molt gran / petita] [sí / no] [sí / no] [sí / no] [midó / glucosa] [molt gran / petita] [sí / no] [sí / no] [sí / no] La digestió de la patata La digestió dels aliments comença a la boca. Per això és recomanable mastegar bé els aliments i empassar-se ls sense pressa. a. Quin efecte té la masticació sobre l aliment? b. Quin efecte té la saliva sobre l aliment? c. A continuació, investigarem l acció de les dents i la saliva sobre la digestió del midó de la patata, és a dir, com afecten la seva transformació en sucres simples. Per fer-ho, aplicarem un tractament diferent a quatre trossos iguals de patata cuita, amb els quals estudiarem experimentalment l acció de les dents i la saliva. Vídeo Observa el vídeo de la versió digital i indica, en cadascun dels casos, si el tractament avalua l acció de les dents o de la saliva. Tractament 1 Tractament 2 Tractament 3 Tractament 4 Acció de los dents Acció de la saliva [Sí que s avalua / No s avalua] [Sí que s avalua / No s avalua] [Sí que s avalua / No s avalua] [Sí que s avalua / No s avalua] [Sí que s avalua / No s avalua] [Sí que s avalua / No s avalua] [Sí que s avalua / No s avalua] [Sí que s avalua / No s avalua] d. Quin creus que serà l efecte de cada un dels quatre tractaments sobre el midó de la patata? e. Comprovem la hipòtesi seguint aquests passos: tub de diàlisi porus 1. Introduïm cada fragment de patata en un tub de diàlisi, tancat pels extrems. 1 µm 2. Col loquem cada tub a dins d un got amb 200 ml d aigua. Els tubs de diàlisi presenten porus microscòpics que permeten que les molècules petites els puguin travessar i impedeixen que les grans puguin passar. Aquests tubs són un model del nostre intestí. pinces Quines molècules poden travessar aquests tubs? aigua q Les molècules d aigua q Les molècules de midó q Les molècules de glucosa Preparació del dispositiu experimental amb els tubs de diàlisi i els gots d aigua 11

12 Vídeo f. Posem en marxa l experiment, i al cap d unes hores, extraiem 15 ml d aigua de cadascun dels gots. Per començar, realitzarem la prova del iode a cada una de les mostres d aigua per avaluar si el midó de la patata ha pogut travessar o no els tubs. Observa el vídeo de la versió digital i indica quins han estat els resultats de la prova del iode per a cada un dels quatre tractaments. Vídeo g. A continuació, valorarem la presència de glucosa a l aigua dels gots mitjançant la prova de Benedict. Observa el vídeo de la versió digital. Ordena els tractaments segons el canvi de color que s observa, de més canvi (vermell) a menys (blau). La prova consisteix a afegir un reactiu blau a l aigua que, en ser escalfada, canvia de color en presència de sucres simples. Així, passa gradualment de verd a vermell passant pel groc i el taronja segons si hi ha una concentració més elevada o menys de sucres. h. A partir dels resultats dels experiments, explica quina importància té mastegar i insalivar bé els aliments com la patata. Conclusions Molts dels nutrients que contenen els aliments formen part de molècules molt grans. Tanmateix, les nostres cèl lules no poden utilitzar aquestes molècules tan grans. Perquè les nostres cèl lules puguin incorporar i utilitzar els nutrients, cal que es produeixi la digestió dels aliments. D una banda, es produeix una digestió química: la saliva, així com els sucs gàstrics i les altres secrecions digestives, contenen enzims digestius que transformen químicament aquestes grans molècules en molècules simples, que les cèl lules sí que poden absorbir. De l altra, es produeix una digestió mecànica: les dents, així com la musculatura del tub digestiu, trossegen l aliment en fragments cada vegada més petits, afavorint d aquesta manera l acció dels enzims digestius. 12

13 Expliquem Els nutrients Els nutrients són les substàncies que incorporem a l organisme per mantenir amb vida les nostres cèl lules. A les cèl lules, els nutrients hi aporten matèria per construir estructures, reparar-se, créixer i multiplicar-se, energia per realitzar els processos vitals i capacitat de regular les reaccions químiques cel lulars. Classifiquem els nutrients en: Orgànics Els nutrients orgànics són molècules complexes, produïdes per éssers vius. Sense aquests nutrients no podríem obtenir energia ni fabricar les biomolècules que constitueixen el nostre organisme. Els hidrats de carboni, els greixos i les proteïnes són, amb molta diferència, els nutrients orgànics que utilitzem més, i constitueixen les nostres fonts d energia i matèria. Les vitamines, en canvi, regulen el metabolisme. Inorgànics Els nutrients inorgànics són molècules simples, que poden formar part dels éssers vius, però que no han estat produïdes pels éssers vius. Són indispensables per al nostre organisme, però no es poden utilitzar com a font d energia. Els minerals com el calci o el sodi, l aigua i l oxigen són nutrients inorgànics. L oxigen és un gas i l obtenim de l aire, no dels aliments. Tots els nutrients, tret de l oxigen, són en els aliments que ingerim. El nostre organisme ha de processar aquests aliments per extreure n els nutrients i fer-los arribar a les cèl lules. 13

14 Els nutrients dels aliments Galeria Els hidrats de carboni Els hidrats de carboni o glúcids són molècules solubles en aigua compostes de carboni, oxigen i hidrogen. Aquests nutrients: 1. Constitueixen la font principal d energia de les cèl lules. 2. Aporten matèria a les cèl lules per elaborar biomolècules. Els hidrats de carboni que ingerim poden ser de dos tipus: La fruita conté fructosa un sucre a la polpa, i fibra a la pell. Sucres o hidrats de carboni simples, que arriben ràpidament a les cèl lules i aporten energia de consum immediat. Els diferents tipus de sucres s acaben transformant en glucosa, que és distribuïda a les cèl lules. Hidrats de carboni complexos, com el midó, que estan formats per llargues cadenes de sucres. Les cèl lules no poden incorporar aquestes cadenes, però sí els sucres que són alliberats a partir de la digestió al llarg del tracte digestiu. Les verdures són aliments molt rics en fibra. Galeria La fibra és un hidrat de carboni complex d origen vegetal. Encara que no la puguem digerir per utilitzar-la com a font d energia o matèria, és essencial per al funcionament del sistema digestiu. Els greixos Els greixos o lípids són molècules insolubles en aigua, compostes per carboni, oxigen i hidrogen. 1. Són els nutrients més energètics. S emmagatzemen en teixits especialitzats i són la reserva principal d energia de l organisme. 2. S utilitzen en la construcció de biomolècules, i constitueixen el component principal de les membranes cel lulars. La brioixeria industrial sol ser rica en greixos hidrogenats. Els aliments que ingerim contenen diferents tipus de greixos: Greixos insaturats, que són líquids a temperatura ambient. Es consideren els greixos més saludables. Greixos saturats, que solen ser sòlids a temperatura ambient. El seu consum es considera menys saludable. L oli i el peix blau són rics en greixos insaturats. Greixos transformats o hidrogenats, que són greixos insaturats transformats en saturats en el processat industrial d alguns aliments. Se n ha d evitar el consum. El colesterol és un lípid present en aliments d origen animal, que ja sintetitzem en prou quantitat en el fetge humà i que, per tant, no necessitem incorporar-lo. Les proteïnes Les proteïnes són molècules compostes principalment per carboni, oxigen, hidrogen i nitrogen. Aquests nutrients: 1. Són imprescindibles en la síntesi de les biomolècules que permeten el manteniment i el creixement del nostre organisme. 14

15 2. De forma secundària, en absència d hidrats de carboni i greixos, poden utilitzar-se com a font d energia. Les proteïnes són llargues cadenes formades per unes molècules més simples, anomenades aminoàcids. Galeria Per produir totes les proteïnes que el nostre organisme necessita, calen 20 aminoàcids diferents. Les nostres cèl lules no poden fabricar 10 d aquestes molècules, anomenades aminoàcids essencials, de manera que les hem d incorporar amb els aliments. Les proteïnes completes, presents en aliments d origen animal, contenen els 10 aminoàcids essencials. Les proteïnes incompletes, presents en aliments d origen vegetal, estan mancades d algun aminoàcid essencial. Tot i això, és possible obtenir els 10 aminoàcids essencials combinant només vegetals. Els aliments d origen vegetal són fonts de proteïnes incompletes. Les vitamines Les vitamines són compostos orgànics que l organisme no pot produir o no en prou quantitat i que s han d incorporar per mitjà dels aliments. Taula 1. Són necessàries en quantitats molt petites. 2. Són imprescindibles, atès que regulen molts processos metabòlics a l organisme. Classifiquem les vitamines en dos: Les vitamines solubles en greix (o liposolubles), que s emmagatzemen en els teixits grassos del nostre cos. Les vitamines solubles en aigua (o hidrosolubles), que no s emmagatzemen i, per tant, s han d incorporar diàriament. L aigua i els minerals Els aliments també ens aporten nutrients inorgànics: aigua i minerals. L aigua és imprescindible per a la vida: Taula Constitueix dos terços del nostre organisme. S hi produeixen les reaccions químiques que fan possible la vida. El nostre organisme necessita incorporar cada dia uns 2 L d aigua a través de la beguda i el menjar. Els minerals, per la seva banda: Són nutrients necessaris en quantitats petites. Participen en processos químics de regulació i en la construcció d algunes estructures. Les plantes incorporen minerals del sòl a través de les arrels, i nosaltres els incorporem en ingerir vegetals o altres animals que hagin menjat plantes. 15

16 Calci Fòsfor Ferro Flúor Fonts principals Productes lactis, tofu, verdures i llegums. Productes lactis, fruits secs, llegums, carn i peix. Carn (sobretot carn vermella), peix, llegums, mol luscos i fruits secs. Peix i aigua potable. Processos principals Formació i manteniment d ossos i dents; coagulació de la sang; funcionament de músculs i nervis. Manteniment d ossos i dents; metabolisme cel lular. Imprescindible perquè els glòbuls vermells transportin oxigen. Manteniment d òssos i dents. Magnesi Iode Potassi Sodi Altres Fruits secs, llegums, cereals integrals i hortalisses. Aliments d origen marí i sal iodada. Fruites, hortalisses, carn vermella i peix. Sal, salsa de soja, aperitius i menjar precuinat. Molt diverses. Funcionament de músculs i nervis; metabolisme cel lular. Funcionament de la glàndula tiroide, que regula múltiples processos a l organisme. Funcionament de músculs i nervis; regulació del nivell d aigua; funcionament del pàncrees. Funcionament de músculs i nervis; regulació del nivell d aigua a l organisme. El manganès, el seleni, el zinc o el clor, entre d altres substàncies, també són minerals essencials per al nostre organisme. Taula interactiva amb 12 minerals que proporcionen els aliments. La dieta Fruites Grases saludables LactisCereals La nostra salut i el nostre desenvolupament depenen en bona mesura de l alimentació. Anomenem dieta el conjunt d aliments que consumim durant un dia. Verdures Proteïnes Proporció aproximada de diversos tipus d aliments en una dieta equilibrada Una dieta equilibrada és la que aporta, en les quantitats adequades, els nutrients necessaris per mantenir-nos sans i desenvolupar-nos tant físicament com mentalment. Conèixer la composició nutricional dels aliments ens permet combinar-los de manera adequada i dissenyar una dieta equilibrada. Al nostre organisme, i a cada cèl lula, els nutrients que ens aporta la dieta realitzen tres funcions: Estructural Les proteïnes aporten a les cèl lules la matèria amb la qual fan possible el manteniment i el desenvolupament del nostre organisme. Aquesta és la funció principal en la nostra dieta dels aliments rics en proteïnes. 100 g de soja contenen 36 g de proteïnes

17 Energètica Les cèl lules del nostre organisme necessiten energia per viure. Per obtenir-la, realitzen la respiració cel lular, en què, sobretot, consumeixen hidrats de carboni i greixos. Aquesta és la funció principal en la nostra dieta dels aliments rics en aquests nutrients. 100 g de cuscús contenen 77 g de carbohidrats. Reguladora A les cèl lules del nostre organisme s hi produeixen milions de reaccions químiques de forma coordinada. Les petites quantitats de vitamines i minerals aportades per diversos aliments són suficients per regular aquests processos. Els espinacs són rics en vitamines A, B 9, C i K; en ferro, magnesi i potassi; i en aigua. Els processos de la nutrició humana La nutrició humana és el conjunt de processos biològics que ens permeten: 1. Obtenir els nutrients. 2. Transportar-los fins a les cèl lules i recollir les substàncies de rebuig produïdes pel seu metabolisme. 3. Expulsar aquestes substàncies del cos. Interactivitat En la nutrició, hi participen quatre aparells. faringe Boca Esòfag fosses nasals epiglotis Fetge Vesícula biliar boca laringe tràquea Pàncrees Estómac bronquis Pulmons Intestí prim Intestí gros diafragma Aparell digestiu L aparell digestiu extreu els nutrients dels aliments, digerint-los fins a obtenir components moleculars que puguin ser absorbits per les cèl lules. Aparell respiratori L aparell respiratori obté oxigen de l aire i el fa arribar a la sang, d on retira diòxid de carboni substància de rebuig de la respiració cel lular que expulsa a l exterior. Sang pobra en oxigen Sang rica en oxigen ronyons cor urèters bufeta vasos sanguinis uretra Aparell circulatori L aparell circulatori distribueix els nutrients a totes i cadascuna de les cèl lules de l organisme i recull les substàncies de rebuig que generen les reaccions químiques cel lulars. Aparell urinari L aparell urinari filtra de la sang les substàncies de rebuig i l excés de sals, que són expulsades a través de l orina. També regula el nivell d aigua a l organisme. 17

18 Vídeo Vídeo L obtenció de nutrients La digestió El primer pas en la nutrició consisteix a extreure els nutrients dels aliments. En els aliments, els nutrients formen part de molècules més complexes que no poden ser absorbides per les cèl lules. És necessari transformar els aliments i extreure n les molècules de nutrients, que sí que poden ser absorbides. Anomenem digestió el procés físic i químic pel qual els aliments són transformats en nutrients assimilables per les cèl lules. La digestió té lloc a l aparell digestiu, gràcies a l acció mecànica dels òrgans i a l acció química dels enzims digestius. 1 bol alimentari 2 estómac 3 masticació + acció de la saliva sucs gàstrics A la boca, les dents i la llengua inicien la digestió mecànica dels aliments, que són reduïts a petits fragments. A això s hi afegeix l acció de la saliva, que inicia la digestió química de l aliment, que es converteix en el bol alimentari. 4 Els enzims digestius de la saliva glucosidases trenquen les llargues molècules dels glúcids complexos com el midó, que es descomponen en sucres com la glucosa. 5 El bol alimentari és empès per la musculatura de l esòfag fins a l estómac, on es barreja amb els sucs gàstrics. fetge vesícula biliar 6 enzims digestius quim duodè pàncrees Els sucs gàstrics contenen enzims digestius com les proteases que actuen sobre les proteïnes, alliberant els aminoàcids que les componen. 7 En unes hores, els sucs gàstrics i l acció mecànica de les parets musculoses de l estómac completen la digestió del bol alimentari, que abandona l estómac convertit en un puré espès i àcid, anomenat quim. intestí prim 8 intestí gros Al duodè, el primer tram de l intestí prim, el quim es barreja amb els sucs biliars, que són abocats per la vesícula biliar tot i que són produïts pel fetge, i amb els sucs pancreàtics, secretats pel pàncrees. 9 recte anus Aquestes secrecions contenen enzims digestius, com les lipases. Aquests enzims ataquen les grans molècules de greix, que són disgregades en molècules més petites. 18 Les parets musculars de l intestí prim empenyen el quim pel seu interior, on els enzims produïts per les glàndules intestinals conclouen la digestió. Els nutrients alliberats són absorbits per les cèl lules de l epiteli que recobreix les parets de l intestí. Les restes no digerides del quim que arriben a l intestí gros encara contenen minerals i aigua, que són absorbits a les seves parets. Aquestes restes són conduïdes fins al recte, on es compacten i formen els excrements, que seran expulsats per l anus.

19 Les glàndules digestives Les glàndules digestives són òrgans i estructures que produeixen sucs digestius que són abocats a l interior del conducte digestiu. Glucosidasa Els sucs digestius contenen enzims digestius que ataquen químicament les macromolècules dels aliments i les disgreguen en petites molècules de nutrients. Existeixen diversos tipus d enzims, segons si actuen sobre els hidrats de carboni glucosidases, els greixos lipases o les proteïnes peptidases. Lipasa Peptidasa cavitat bucal glàndules gàstriques glàndules salivals estómac Les glàndules salivals secreten saliva a l interior de la cavitat bucal. La saliva hidrata els aliments, en facilita la masticació i conté enzims glucosidases que inicien la digestió química dels hidrats de carboni complexos, com el midó. entrada al duodè Les glàndules gàstriques són unes criptes petites que es troben a la paret de l estómac i secreten els sucs gàstrics. Aquests sucs contenen àcid clorhídric i enzims peptidases que actuen conjuntament sobre les proteïnes dels aliments. Les glàndules també secreten una mucositat que protegeix les parets de l estómac de l acció corrosiva de l àcid. fetge conducte pancreàtic conducte biliar pàncrees vesícula biliar entrada al duodè El pàncrees secreta el suc pancreàtic en el duodè, el primer tram de l intestí prim. Aquest suc conté una gran diversitat d enzims digestius, que actuen sobre tots els tipus de biomolècules presents en els aliments. A part de participar en la digestió, el pàncrees té un paper clau en la regulació dels nivells de glucosa en sang. vellositats El fetge produeix la bilis, que s emmagatzema a la vesícula biliar i és abocada al duodè. La bilis no conté enzims però la seva acció sobre els greixos disgrega les grans gotes és fonamental perquè els sucs pancreàtics els digereixin. A part de participar en la digestió, el fetge emmagatzema glucosa, ferro i vitamines, i té un paper clau en l eliminació de substàncies tòxiques de la sang. Les glàndules intestinals són criptes petites que es troben a les parets de l intestí i secreten sucs intestinals. Aquestes glàndules produeixen una gran diversitat d enzims que actuen sobre els carbohidrats, els greixos i les proteïnes, a més a més de secretar una mucositat que protegeix les parets de l intestí. intestí glàndules intestinals 19

20 L absorció intestinal Vídeo L absorció intestinal és el procés pel qual els nutrients extrets durant la digestió són absorbits per les cèl lules que recobreixen les parets de l intestí i transferits cap a la sang. En general, succeeix que: Les parets de l intestí prim absorbeixen els nutrients orgànics, així com la major part de minerals i aigua. Les parets de l intestí gros absorbeixen minerals, aigua i algunes vitamines. Les restes dels aliments que no s han digerit s acumulen al final de l intestí gros, d on seran expulsats en forma d excrements. Les parets de l intestí prim estan recobertes de vellositats mil limètriques, per l interior de les quals circulen capil lars sanguinis. Els nutrients penetren a les cèl lules de l epiteli intestinal, que entapissa les vellositats intestinals, i des d aquestes, surten cap als capil lars i s integren a la sang. La respiració pulmonar Totes les nostres cèl lules necessiten consumir oxigen (O 2 ) per obtenir energia dels nutrients orgànics a través de la respiració cel lular. El diòxid de carboni (CO 2 ) és un producte de rebuig d aquesta reacció química que resulta tòxic per a les cèl lules. Vídeo A diferència de la resta dels nutrients, que s obtenen a l aparell digestiu, l oxigen és produït per l aparell respiratori, mitjançant la respiració pulmonar. La respiració pulmonar és el procés pel qual part de l oxigen de l aire és transferit a la sang, i part del diòxid de carboni de la sang és transferit a l aire. Inspiració 1 2 bronqui 3 fosses nasals faringe bronquíols pulmó Durant la inspiració, el diafragma es contrau i causa un increment del volum de la cavitat toràcica. Els pulmons s expandeixen i creen una diferència de pressió que permet que l aire entri al seu interior. L aire entra pel nas, on es filtra, s escalfa i s humidifica. Passa per la faringe i la laringe i s introdueix a la tràquea, un tub rígid que es bifurca en dos bronquis. Aquests bronquis penetren als pulmons, on es ramifiquen en bronquíols. Els pulmons no són sacs buits, sinó estructures esponjoses. Al seu interior, els bronquíols es ramifiquen diverses vegades fins a acabar en uns sacs diminuts: els alvèols. Hi ha uns 300 milions d alvèols a cada pulmó. 20

21 alvèols 4 capil lar glòbul vermell 5 O 2 6 alvèol capil lars sanguinis Els alvèols tenen unes parets molt primes, rodejades d infinitat d estrets capil lars per on circula la sang. A través de les seves parets es produeix l intercanvi de gasos entre l aire i la sang. La sang d aquests capil lars conté menys oxigen que l aire de l alvèol. Per equilibrar aquestes concentracions, l oxigen de l aire traspassa la paret de l alvèol cap al torrent sanguini, en un procés anomenat difusió. D altra banda, la sang dels capil lars conté més diòxid de carboni que l aire dels alvèols. Aquest gas traspassa les parets dels capil lars cap als alvèols, també mitjançant el procés de difusió. CO 2 7 Espiració 8 CO 2 Aquests processos es donen de forma simultània, de manera que la sang guanya oxigen i perd diòxid de carboni després de passar pels alvèols. Finalment, l aire dels alvèols, enriquit amb diòxid de carboni, és expulsat a l exterior gràcies al relaxament del diafragma, que comprimeix els pulmons, i n augmenta la pressió interna. Aquest procés es coneix com a espiració. O 2 El transport de substàncies Un cop els nutrients han entrat a l organisme per mitjà dels aparells digestiu i respiratori s han de fer arribar a totes i cadascuna de les nostres cèl lules. També és imprescindible retirar i transportar els productes de rebuig que el seu metabolisme genera. En el cos humà, el transport de substàncies el porta a terme l aparell circulatori. Sang pobra en oxigen Sang rica en oxigen Esquemes L aparell circulatori és un circuit de vasos sanguinis ramificats per on circula la sang, impulsada pel bombament del cor. La circulació sanguínia distribueix els nutrients a totes les cèl lules de l organisme i, simultàniament, retira els productes de rebuig que generen. La sang La sang és un teixit en el qual distingim dos components: El plasma sanguini, una dissolució aquosa de color groguenc que conté diversos soluts. Entre aquests soluts hi trobem els nutrients excepte el O 2 i les substàncies de rebuig. Les cèl lules sanguínies, que classifiquem en glòbuls vermells, glòbuls blancs i plaquetes. L aparell circulatori 55% plasma 45 % célul les sanguínies > 99 % glòbuls vermells < 1 % glòbuls blancs + plaquetes Composició de la sang (en volum) 21

22 Microscopi electrònic Microscopi òptic Microscopi electrònic Microscopi òptic 6 µm 18 µm 6 µm 18 µm Glòbuls vermells Els glòbuls vermells o eritròcits són les cèl lules més abundants de la sang (entre 4 i 6 milions per microlitre). Aquestes cèl lules sense nucli s encarreguen de transportar l oxigen a la sang, gràcies a l hemoglobina, una proteïna amb gran afinitat per aquest gas, que conté ferro i els dóna el color vermell característic. Microscopi electrònic Microscopi òptic Glòbuls blancs Els glòbuls blancs o leucòcits són cèl lules amb nucli i menys abundants que els glòbuls vermells (entre i per microlitre). Existeixen diversos tipus de leucòcits, i tots participen en la defensa de l organisme davant d agents infecciosos i altres substàncies estranyes. Plaquetes Les plaquetes o trombòcits no són pròpiament cèl lules, sinó fragments de cèl lules que participen en la coagulació de la sang i el control de les hemorràgies. En cas de produir-se una fissura en un vas sanguini, les plaquetes s agreguen i formen una placa que tapona la lesió. 6 µm 18 µm Les cèl lules sanguínies s originen a la medul la roja dels ossos, un teixit present a l interior de molts dels nostres ossos. Els vasos sanguinis Els conductes pels quals circula la sang s anomenen vasos sanguinis. Galeria Els vasos sanguinis formen una xarxa per on la sang circula formant un circuit tancat i sempre en un mateix sentit. Distingim tres tipus de vasos sanguinis segons la seva estructura i el seu paper en la circulació: teixit conjuntiu capa muscular epiteli vàlvula teixit conjuntiu capa muscular epiteli epiteli Les artèries són els vasos que porten la sang des del cor cap als altres òrgans del cos, on es ramifiquen en artèries cada cop més estretes i, finalment, en capil lars. Les parets de les artèries són molt elàstiques a causa de la gruixuda capa muscular que envolta l epiteli, la capa de cèl lules que recobreix l interior del vas. Els capil lars són vasos de diàmetre microscòpic, a través de les primes parets dels quals es produeix l intercanvi de substàncies entre la sang i les cèl lules dels òrgans i teixits de l organisme. Per permetre l intercanvi de nutrients i substàncies de rebuig, les parets dels capil lars estan formades per una sola capa de cèl lules, l epiteli. Les venes són els vasos pels quals la sang retorna al cor. Es formen per la reunificació progressiva dels capil lars; primer, en venes estretes, i després, en grans conductes. Les parets de les venes són menys musculoses i elàstiques que les de les artèries i disposen de vàlvules que impedeixen que la sang retrocedeixi. 22

23 El cor El cor és un òrgan muscular buit que impulsa la circulació de la sang, bombant-la de manera cíclica. Està situat al tòrax, entre els dos pulmons, i té la mida d un puny. Al seu interior, hi distingim una part esquerra i una part dreta. A cada part hi ha dues cambres comunicades entre si, anomenades aurícula i ventricle. Interactivitat vena cava superior aorta artèria pulmonar aurícula dreta aurícula esquerra vena pulmonar vena pulmonar Les venes i artèries són els vasos que connecten el cor amb els òrgans del cos. La sang surt del cor per les artèries i hi retorna per les venes. vàlvula pulmonar Les aurícules són les dues cavitats superiors del cor, de parets primes, a les quals arriben grans venes. septe interventricular vàlvula tricúspide vàlvula mitral cordes tendinoses ventrícle dret ventrícle esquerre Les vàlvules són comportes que separen diferents cavitats del cor i asseguren que la sang circuli en sentit correcte, obrint-se o tancant-se segons les contraccions del cor. Els ventricles són les cavitats inferiors del cor, de parets musculoses, que en contraure s bomben la sang. Dels ventricles surten grans artèries. La circulació sanguínia Per recórrer tot el cos humà, la sang ha de passar dues vegades pel cor i completar dos circuits: En el primer, anomenat circulació pulmonar, la sang pobra en O 2 i rica en CO 2 circula des del cor fins als alvèols pulmonars, on es realitza l intercanvi de gasos, i torna al cor carregada de O

24 Vídeo En el segon, anomenat circulació general, la sang rica en O2 circula des del cor fins a tots els òrgans del cos, on les cèl lules absorbeixen aquest gas i retornen a la sang CO 2, producte de la respiració cel lular. La sang torna al cor carregada d aquest gas. Aparell circulatori L aparell circulatori és un entramat complex de vasos sanguinis. Per entendre el procés de la circulació, utilitzem un model simplificat en què distingim dos circuits: la circulació pulmonar i la circulació general. 4 El cor sempre està ple de sang i actua com una bomba que la mou per aquests circuits: la sang circula a causa de les diferències de pressió que hi ha en diversos punts. 5 La sang pobra en O 2 i rica en CO 2 arriba al costat dret del cor per les venes caves. La musculatura del cor està relaxada. 6 Aleshores, l aurícula es contrau, de manera que augmenta la pressió sanguínia al ventricle. Quan el ventricle es contrau, la vàlvula tricúspide es tanca i la sang és impulsada a pressió a través de la vàlvula pulmonar. 7 La sang circula des de l artèria pulmonar fins als capil lars pulmonars, on es produeix un intercanvi de gasos: la sang perd CO 2 i guanya O 2. 8 La sang rica en O 2 i pobra en CO 2 arriba al costat esquerre del cor per les venes pulmonars. La musculatura del cor està relaxada. 9 Aleshores, l aurícula es contrau, de manera que augmenta la pressió sanguínia al ventricle. Quan el ventricle es contrau, la vàlvula mitral es tanca i la sang és impulsada a pressió a través de la vàlvula aòrtica. La sang circula des de l aorta fins als capil lars de tot l organisme, on es produeix un intercanvi de gasos invers a l anterior: la sang perd O 2 i guanya CO 2. En realitat, la circulació pulmonar i la circulació general es produeixen al mateix temps. El so doble de cada batec és degut al tancament simultani de les vàlvules tricúspide i mitral, primer, i al tancament de les vàlvules pulmonar i aòrtica, després. L expulsió de les substàncies de rebuig Les reaccions químiques cel lulars generen productes de rebuig que, en concentracions suficients, resulten tòxics per a l organisme. Així doncs, és imprescindible expulsar les substàncies de rebuig de l organisme. 24

25 Aquest procés el porten a terme, principalment, dos aparells: L aparell respiratori, que expulsa el CO 2 transportat per la sang, quan aquesta circula pels capil lars que recobreixen els alvèols pulmonars. L aparell urinari, que expulsa a través de l orina l excés de minerals i altres substàncies tòxiques, com la urea relacionada amb el metabolisme de les proteïnes. Vídeo ronyó artèria renal artèria renal 1 ronyó Sang filtrada Sals Urea Nutrients 2 orina uretra bufeta 3 La sang arriba als ronyons per les artèries renals. Aquesta sang conté nutrients i una elevada concentració de substàncies de rebuig. Entre elles, destaca la urea, produïda al fetge i relacionada amb el metabolisme de les proteïnes. Als ronyons té lloc el filtrat de la sang, que consisteix a extreure n les substàncies de rebuig, i l excés de sals minerals i aigua. La sang filtrada surt dels ronyons a través de les venes renals. Les substàncies extretes pels ronyons durant el filtrat de la sang formen l orina i són conduïdes pels urèters fins a la bufeta. La bufeta és un sac de parets musculars que pot contenir fins a 500 ml d orina. Quan està plena, sentim la necessitat d orinar. L orina surt de la bufeta a través de la uretra. capil lars sanguinis artèria renal vena renal urèter 4 Sang 5 Sang Orina primària 6 Ronyó El filtrat de la sang es produeix en milions de nefrones que estan en contacte amb els capil lars que provenen de les artèries renals. Aquests capil lars formen uns glomèruls que estan rodejats per una càpsula unida a un tub corbat, el túbul. En els glomèruls, gairebé tota l aigua i els soluts del sèrum sanguini incloent-hi nutrients i substàncies de rebuig travessen les parets dels capil lars i són captats per les càpsules renals. Aquestes substàncies formen l orina primària. L orina primària circula pel túbul de la nefrona fins al tub col lector. Hi ha milions de tubs col lectors, que desemboquen a l urèter de cada ronyó. 7 8 sang filtrada primària orina primària orina final 9 cap a la vena renal Glucosa Aigua Sals sang filtrada final Alhora, la sang que surt del glomèrul recorre els capil lars que envolten els túbuls de la nefrona. A cada ronyó, milions de capil lars com aquest s acaben reunint a la vena renal. En aquest procés, part dels nutrients i l aigua de l orina primària travessen les parets del túbul i tornen a la sang dels capil lars que envolten aquest conducte de la nefrona. Amb aquest procés, l orina primària retorna a la sang els nutrients que havia perdut en el glomèrul. Aquesta orina, lliure de nutrients, ja pot ser expulsada de l organisme, mentre que la sang filtrada torna al torrent sanguini sense perdre nutrients. 25

26 La regulació del medi intern Galeria Per garantir la supervivència de les cèl lules, l organisme tendeix a mantenir el nivell d hidratació i la concentració de sals minerals dins d uns límits. Aquest procés forma part de l homeòstasi. L aparell urinari té un paper principal en l expulsió de l excés de sals i la regulació dels nivells d aigua. El volum i la composició de l orina produïda varien segons l estat d hidratació de l organisme: com més aigua bevem, més diluïda és l orina. Altres òrgans i aparells contribueixen a mantenir l homeòstasi: La suor també regula la nostra temperatura corporal. La pell elimina aigua i l excés de sals minerals mitjançant la secreció de suor. L aparell respiratori expulsa aigua en forma de vapor en cada espiració. L intestí gros absorbeix quantitats variables d aigua i minerals en les restes no digerides dels aliments. Nutrició i salut Malalties relacionades amb la nutrició El procés de nutrició humana es pot veure afectat si algun dels múltiples òrgans o estructures que hi participen presenta alguna disfunció. Aquestes són algunes de les malalties principals, classificades segons l aparell que afecten: Esquemes Una malaltia és una alteració de l estat fisiològic normal d una o diverses parts del cos. Aparell digestiu Malaltia Càries Diabetes Al lèrgies i intoleràncies alimentàries Descripció Destrucció dels teixits minerals que formen les dents com a conseqüència de l activitat de bacteris infecciosos. Trastorn causat per la producció insuficient d insulina en el pàncrees o per la falta de resposta de les cèl lules a aquesta hormona, que causa alts nivells de sucre en sang. És una malaltia crònica que, sense tractament, deriva en complicacions greus. Incapacitat d ingerir certs aliments sense patir efectes adversos de més o menys gravetat com erupcions cutànies, inflamacions, molèsties digestives i abdominals, nàusees, vòmits, diarrea, etc. Causes Consum excessiu de sucres, falta d higiene dental, predisposició genètica. Predisposició genètica, obesitat, consum excessiu de sucres. Causes genètiques que determinen o bé una extrema sensibilitat a determinades substàncies presents en els aliments, o bé l absència de determinats enzims digestius. 26

27 Diarrea i restrenyiment Infeccions Gastritis i úlcera gàstrica Alteracions en la producció de femta. En el cas de la diarrea, les deposicions contenen massa aigua i són força freqüents. En el cas del restrenyiment, les deposicions són molt poc fluïdes i infreqüents. Afectació dels òrgans o les estructures de l aparell digestiu causades per agents patògens (bacteris, virus, fongs, etc.), que sol comportar inflamació, dolor, febre i altres alteracions digestives. Inflamació i irritació de la mucosa de l estómac que pot desembocar en ferides les úlceres i hemorràgies. Consum d aliments en mal estat, infeccions intestinals (diarrea), escàs moviment intestinal, consum insuficient de fibra, sedentarisme (restrenyiment). Exposició a microorganismes patògens per consum d aliments en mal estat, aigües contaminades o falta d higiene en manipular els aliments. Predisposició genètica, mals hàbits alimentaris, estrès, tabaquisme, consum excessiu d alcohol, infeccions. Càncer Proliferació descontrolada de les cèl lules d un òrgan o teixit que en provoca un mal funcionament i pot estendre s a altres parts de l organisme, i causar la mort si no es tracta. Predisposició genètica, agreujada per factors de risc com l exposició a radiacions i a substàncies nocives, el tabaquisme o l obesitat. Aparell respiratori Malaltia Asma Infeccions Descripció Malaltia crònica que consisteix en l estrenyiment o obstrucció de les vies respiratòries, que causa dificultats més o menys agudes per respirar. Afectació dels òrgans o les estructures de l aparell respiratori per agents patògens (bacteris, virus, fongs, etc.), que sol comportar inflamació de les vies respiratòries, mucositat, tos i altres alteracions respiratòries. Causes Predisposició genètica, agreujada per factors ambientals (fred i humitat), al lèrgies, exercici excessiu o estrès. Exposició a microorganismes patògens. Enfisema pulmonar Alteració dels alvèols pulmonars que els impedeix omplir-se amb prou aire i dificulta greument l oxigenació de la sang. Tabaquisme. Càncer Aparell circulatori Malaltia Anèmia Malalties cardiovasculars Proliferació descontrolada de les cèl lules d un òrgan o teixit que en provoca un mal funcionament i pot estendre s a altres parts de l organisme, i causar la mort si no es tracta. Descripció Deficiència d hemoglobina en els glòbuls vermells que es tradueix en un transport insuficient d oxigen que provoca fatiga, pols accelerat i sensació de falta d aire. Patologies que impedeixen la circulació correcta de la sang, bé sigui alterant el funcionament del cor o bé obstruint els vasos. Aquestes obstruccions poden tallar el subministrament de nutrients a òrgans vitals (infarts) i causar la mort del pacient. Tabaquisme, predisposició genètica. Causes Predisposició genètica, consum insuficient de ferro, hemorràgies. Consum excessiu de greixos saturats i colesterol, sedentarisme, obesitat, predisposició genètica, tabaquisme. 27