Cibo in viaggio

Il percorso “Cibo in viaggio” ci permette di scoprire gli organi e il funzionamento del nostro apparato digerente non limitandosi alla descrizione dei vari componenti ma proponendo esperimenti per affrontare la fisiologia e la chimica della digestione. 

L’apparato digerente viene paragonato a un laboratorio chimico: i vari organi vengono rappresentati da bicchieri contenenti sostanze prodotte nei vari tratti e si osserva l’interazione tra esse e i cibi da digerire e, in alcuni casi, anche le reazioni che avvengono tra loro. 

Per evidenziare quali componenti degli alimenti vengono via via digeriti lungo il percorso del cibo si introdurrà prima un cracker nella bocca (amidi e carboidrati), poi latte o albume nello stomaco (proteine). 

Scheda sintetica delle attività

Gli studenti, suddivisi in gruppi da 4/5 alunni e a cui è stato fornito il materiale necessario e le schede con le istruzioni: 

• seguiranno il viaggio del cibo nella digestione, partendo dalla ”Bocca” e proseguendo per lo “Stomaco”, il “Fegato”, la “Cistifellea”, il “Pancreas”, il “Duodeno” e l’ “Intestino mesenterico”; 
• simuleranno la funzione di ciascuno di questi organi utilizzando dei piccoli contenitori al cui interno mescoleranno semplici sostanze per simulare quanto avviene nella realtà; 
• per ogni organo e per ogni step della digestione risponderanno a domande utili a stimolare la loro curiosità e a verificarne il corretto apprendimento.  

Risorse

Di seguito si elencano tutti i materiali necessari. Successivamente saranno richiamati in funzione della fase considerata nel procedimento. 

• Un bicchiere con su scritto “Bocca” 
• Un pestello o qualche oggetto adatto alla triturazione  
• Due cracker non salati in superficie 
• Un bicchiere con scritto “Stomaco” 
• Aceto (con funzione di acido cloridrico dei succhi gastrici) 
• Latte (oppure albume d’uovo) 
• Caglio animale (facoltativo) 
• Cartina universale per determinare qualitativamente il pH 
• Bicchiere con scritto “Fegato” 
• Olio (qualche cucchiaio) 
• Acqua 
• Detersivo per piatti qualche goccia  
• Bicchierino con scritto “Cistifellea” 
• Bicchiere con scritto “Pancreas” 
• Bicarbonato di sodio 
• Cucchiaino 
• Un grosso bicchiere con scritto “Duodeno”
• Vassoio o piccola vaschetta 
• Un grosso bicchiere con scritto “Intestino mesenterico – Digiuno ed Ileo” 
• Garza o carta assorbente 
• Imbuto 
• Un pennarello vetrografico (per scrivere sui bicchieri) 
• Schede istruzioni con domande stimolo 

Prerequisiti

I prerequisiti sono legati alla conoscenza di: 

• i principi nutritivi alimentari; 
• la differenza tra acidi e basi; 
• la differenza tra sostanza polare e apolare; 
• i principali organi dell’apparato digerente oppure in alternativa si può sfruttare l’attività per introdurli. 

Obiettivi di apprendimento

• Padroneggiare i concetti di trasformazione chimica; sperimentare reazioni (non pericolose) anche con prodotti chimici di uso domestico 
• Osservare e descrivere lo svolgersi delle reazioni e i prodotti ottenuti   
• Sviluppare la cura e il controllo della propria salute attraverso una corretta alimentazione. 
• Inoltre, la metodologia laboratoriale e investigativa affrontata in piccoli gruppi cooperativi di lavoro consente di acquisire anche: 
• Capacità di lavorare in gruppo attraverso la cooperazione e la collaborazione; 
• Utilizzare il metodo scientifico nell’osservazione dei fenomeni che ci circondano; 
• Capacità di applicare le conoscenze chimiche alle esperienze di vita pratica; 
• Saper spiegare e argomentare alcuni temi scientifici; 
• Utilizzare un indicatore di acidità/basicità. 

Dotazioni di sicurezza

Specificare che durante il laboratorio non deve essere ingerito nessun composto utilizzato, ad eccezione del cracker della prima fase. 

Svolgimento

Premessa 

Le diverse parti dell’apparato digerente nell’uomo e in tutti i vertebrati hanno strutture e funzioni specializzate. Il cibo passa in sequenza attraverso: bocca – faringe – esofago – stomaco – intestino tenue – intestino crasso. Il fegato, il pancreas e le ghiandole salivari contribuiscono alla digestione del cibo ingerito attraverso la produzione di secreti specializzati. L’uomo e gli altri vertebrati si nutrono di macromolecole sintetizzate da altri organismi, pertanto, il compito dell’apparato digerente e del processo digestivo è quello di demolire queste macromolecole, in modo meccanico e chimico, per trasformarle in molecole più piccole che possono passare attraverso le pareti del tubo digerente ed essere assorbite. Il cibo non digerito ed assorbito viene espulso dal corpo come sostanza di rifiuto. 

Realizzazione 

BOCCA 

Cosa succede al cibo nella bocca? In particolare, ai carboidrati? 

STOMACO

Cosa succede alle proteine quando arrivano allo stomaco? 

L’aceto è un acido e provoca la coagulazione delle proteine del latte ovvero la loro precipitazione per flocculazione osservabile nei “fiocchi” che si sono formati. La stessa reazione accade quando il latte arriva nello stomaco.  
Successivamente unire allo “Stomaco” anche il contenuto del bicchiere “Bocca”. 

FEGATO 

Inizialmente l’acqua e l’olio sono rimasti separati perché l’olio è idrofobico. Poi il detersivo ha rivestito l’olio e l’ha suddiviso in tante piccole goccioline. Si è formata un’emulsione e le goccioline di olio restano separate nell’acqua (figura 3). Questo succede quando la bile prodotta dal fegato reagisce coi grassi contenuti nei cibi: i grassi ridotti in piccole goccioline possono essere più facilmente digeriti dagli enzimi. La bile, prodotta dal fegato (ghiandola più grossa del nostro corpo) è un liquido verdastro e leggermente basico che viene immagazzinata in una sacca detta cistifellea. La cistifellea secerne la bile nel duodeno e qui la bile entra a contatto con il cibo proveniente dallo stomaco. 

CISTIFELLEA 

Qual è la sua funzione? 

PANCREAS

Qual è la sua funzione? 

Il succo pancreatico è una miscela di enzimi e bicarbonato fondamentali per la digestione dei nutrienti nel duodeno, la prima sezione dell’intestino tenue. All’interno del succo pancreatico troviamo una serie di enzimi che vengono attivati nell’intestino e contribuiscono attivamente alla digestione delle proteine, dei grassi e dei carboidrati. 

Il succo pancreatico è ricco inoltre di bicarbonati, che agiscono come un tampone contro l’acidità proveniente dallo stomaco, garantendo un ambiente leggermente basico ottimale (circa 8) per l’attività degli enzimi pancreatici. Il pancreas collabora strettamente con il fegato, che rilascia la bile, per completare l’emulsione e la digestione dei grassi. La bile, composta principalmente da bicarbonato e acidi biliari, aiuta a formare piccole goccioline di grasso, rendendole più accessibili agli enzimi digestivi 

Insieme al succo pancreatico, la bile si riversa nel duodeno, dove avviene la maggior parte della digestione e dove inizia il processo di assorbimento dei nutrienti. 

L’INTESTINO TENUE: PRIMO TRATTO IL DUODENO 

Cosa accade al cibo quando arriva nell’intestino? 

Attraverso il piloro il chimo che arriva dallo stomaco si riversa a piccole ondate nell’intestino tenue. Nella parte iniziale dell’intestino tenue, il duodeno, si riversano la bile prodotta dal fegato tramite la cistifellea e il succo pancreatico prodotto dal pancreas. 

Materiali 

• Un grosso bicchiere con scritto “Duodeno
• Vassoio o piccola vaschetta 
• Bicchiere “Stomaco” 
• Bicchiere “Sancreas”
• Bicchiere “Cistifellea” 
• Cartina al tornasole 

Procedimento 

• Prendere il grosso bicchiere “Duodeno” e metterlo dentro alla vaschetta per evitare che i liquidi si spargano sul tavolo (figura 6) 
• Travasare nell’ordine indicato 
• Prima travasare nel duodeno il bicchiere “Stomaco” che attraversa la valvola piloro 
• Poi travasare anche la bile dal bicchiere “Cistifellea” 
• Infine, travasare lentamente nel duodeno il succo pancreatico del bicchiere “Pancreas” 
• Osservare e prendere nota 
• Immergere la cartina al tornasole e misurare il pH. 

Il risultato simula quanto accade nel duodeno (figura 7), la prima parte dell’intestino: il chimo arriva nel primo tratto dell’intestino denominato proprio duodeno dove prosegue la digestione ad opera del fegato e del pancreas. 

Cosa succederebbe secondo te nel duodeno se il succo pancreatico non venisse riversato insieme al contenuto del bicchiere stomaco? Abbiamo visto che il rivestimento dello stomaco non si dissolve per l’azione del succo gastrico, perché è protetto dal muco, ma l’intestino? Rispondi osservando e commentando la variazione di colore della cartina al tornasole che hai immerso prima e dopo aver inserito il contenuto del bicchiere pancreas. 

Il succo pancreatico è un liquido straordinario, non solo neutralizza l’acido dello stomaco, ma quale altra funzione ha? Pensa a cosa contiene il chimo che entra nel duodeno. 
Per completare la digestione interviene il succo enterico, secreto dalle ghiandole enteriche di cui è tappezzata la mucosa dell’intestino tenue; esso completa la digestione delle proteine e dei carboidrati. 
Da qui poi il cibo digerito prosegui verso l’ultimo tratto dell‘intestino tenue (digiuno e ileo) e infine dell’intestino crasso. Vengono assorbiti i nutrienti e l’acqua nell’intestino crasso. Il materiale rimanente costituisce le feci e viene espulso attraverso l’ano.  

INTESTINO MESENTERICO: DIGIUNO E ILEO 

Materiali 

• Un bicchierone con scritto “Intestino” 
• Un identico bicchierone con fori sul fondo o in alternativa un imbuto 
• Il bicchierone “Duodeno” con dentro succhi vari e schiuma  
• Un cucchiaio  
• Garza o carta assorbente 

Procedimento 

• Rivestire l’imbuto con la garza e appoggiarlo sul bicchiere vuoto  
• Versare il contenuto del bicchierone “Duodeno” nell’imbuto rivestito di garza (figura 8).  
• Il contenuto del bicchiere “Duodeno” attraversa la garza, viene filtrato e sgocciola lentamente nel bicchiere sottostante.  

Alla fine, il bicchiere sottostante sarà pieno di liquido “buono”, mentre nella garza saranno rimasti schiuma e residui.  

Il “succo buono” rappresenta il nutrimento che, assorbito attraverso l’intestino quasi “filtrato”, verrà convogliato al fegato. La “schiuma e i residui” nel bicchiere forato rappresentano quello che diventeranno le feci. 

Note e storia

L’analogia dell’apparato digerente come laboratorio chimico ha da sempre accompagnato gli studiosi di scienza poiché la nutrizione è stata vista per molto tempo come la funzione di un sistema di organi la cui struttura anatomica era già nota fin dall’antichità. Il cibo che entra in bocca iniziava una graduale trasformazione i cui stadi successivi determinano cambiamenti delle proprietà tangibili della materia.  

Dai tempi di Aristotele, la natura materiale del processo nutritivo era stata compresa soprattutto per analogia con processi più familiari. Nel XVII secolo, con la nascita della chimica, sono emerse nuove analogie tra gli stadi della digestione e le interazioni tra acidi e basi o i processi fermentativi. 

Nel corso degli anni e dei secoli una vasta rete di ricercatori, studiosi e professori di anatomia, di medicina o di storia naturale, parteciparono attraverso esperimenti e osservazioni anatomiche, anche di altri animali, e gettarono le basi sulle quali i fisiologi del XIX secolo hanno costruito i saperi sul corpo umano. 

Approfondimento consigliato

ASSORBIMENTO NELL’ INTESTINO MESENTERIALE: DIGIUNO – ILEO 

Introduzione 

L’assorbimento degli elementi nutritivi digeriti nei precedenti tratti dell’apparato digerente avviene nell’intestino tenue, grazie alla presenza dei villi intestinali. Infatti, poche sostanze (acqua, zuccheri semplici, sali, alcol e alcuni farmaci) sono sufficientemente piccole da poter essere assorbite dalle pareti dello stomaco. 

I villi intestinali sono presenti nell’intestino tenue e, in maggiore quantità, nel digiuno e ileo, che nel loro insieme costituiscono l’intestino mesenteriale. La parete di un villo è costituita da un singolo strato di cellule epiteliali; all’interno vi è una rete di capillari e un vaso linfatico centrale. 

Per raggiungere il sangue o la linfa una molecola di nutriente deve passare attraverso una cellula epiteliale del rivestimento intestinale e una cellula del rivestimento del vaso sanguigno o linfatico. 

Scopo 

Evidenziare come avviene il movimento delle sostanze solubili (zuccheri) attraverso il rivestimento delle pareti dell’intestino. 

Materiali 

• Zucchero 
• Amido di mais 
• Tintura di iodio 
• Imbuto 
• Carta da filtro o carta assorbente da cucina  
• Becher da 250-1000 ml o bicchiere medio grande 
• Beuta da 500 ml o vaso di vetro grande 
• Cucchiaio o spatola 
• Pipetta in plastica o contagocce 

Procedimento 

• Rivestire l’interno dell’imbuto con cinque fogli di carta da filtro o carta assorbente  
• Mettere l’imbuto sopra il becher o vaso medio grande 
• Mescolare 1 cucchiaio di amido e uno di zucchero nella beuta con scritto “Digiuno-ileo” con 250 di acqua 
• Versare la soluzione sopra ottenuta nell’imbuto 
• Raccogliere una parte del filtrato nel becher e aggiungere 3 gocce di tintura di iodio e notare il colore 
• Aggiungere 3 gocce di tintura di iodio nella soluzione iniziale di acqua zucchero e amido e notare il colore 

La soluzione iniziale di acqua, zucchero e amido si colora di viola quando l’amido entra in contatto con la tintura di iodio, essendo quest’ultima un rilevatore di amido. Nella soluzione filtrata la carta da filtro ha funzionato come l’epitelio intestinale e quindi ha trattenuto macromolecole come l’amido, lasciando passare solo zuccheri semplici: nel filtrato, quindi, non c’è amido e la tintura di iodio non lo rileverà, rimanendo di un colore pallido ambrato. 

Bibliografia

• E. Solomon, C. Martin, D. Martin, L. Berg, Biologia, EdiSES Editore
• Reinventore – Progetto di didattica delle scienze

Autori

Simona De Persiis, I.C. “I. Ridolfi”, Tuscania (VT)
Anna Marino, I. C. di Diano Marina, Diano Marina (Im) 
Sabina Pagano, I.C. “P. Vanni”, Viterbo 
Laura Pojaghi, I.C. di Olginate, Olginate (LC) 
Annalisa Tasselli, I.C. “G. Masi”, Cavezzo (MO)