Anatomie und Physiologie II

Während Sie haben gelernt, der Prozess der mechanischen Verdauung ist relativ einfach., Es beinhaltet den physischen Abbau von Lebensmitteln, verändert jedoch nicht seine chemische Zusammensetzung. Die chemische Verdauung hingegen ist ein komplexer Prozess, der die Nahrung in ihre chemischen Bausteine reduziert, die dann absorbiert werden, um die Körperzellen zu nähren. In diesem Abschnitt werden Sie die Prozesse der chemischen Verdauung und Absorption genauer betrachten.

Chemische Verdauung

Große Lebensmittelmoleküle (z. B. Proteine, Lipide, Nukleinsäuren und Stärken) müssen in Untereinheiten zerlegt werden, die klein genug sind, um von der Auskleidung des Verdauungskanals absorbiert zu werden. Dies wird durch Enzyme durch Hydrolyse erreicht. Die vielen Enzyme, die an der chemischen Verdauung beteiligt sind, sind in Tabelle 1 zusammengefasst.

Tabelle 1.,ic enzymes					Pancreatic amylase	Pancreatic acinar cells	Polysaccharides (starches)	α-Dextrins, disaccharides (maltose), trisaccharides (maltotriose)
Pancreatic enzymes	Pancreatic lipase	Pancreatic acinar cells	Triglycerides that have been emulsified by bile salts	Fatty acids and monoacylglycerides
Pancreatic enzymes	Trypsin*	Pancreatic acinar cells	Proteins	Peptides
*These enzymes have been activated by other substances.,

Kohlenhydratverdauung

Die durchschnittliche amerikanische Ernährung besteht aus etwa 50 Prozent Kohlenhydraten, die nach der Anzahl der Monomere klassifiziert werden können, die sie enthalten einfacher Zucker (Monosaccharide und Disaccharide) und/oder komplexer Zucker (Polysaccharide). Glucose, Galactose und Fructose sind die drei Monosaccharide, die üblicherweise konsumiert und leicht absorbiert werden., Ihr Verdauungssystem ist auch in der Lage, die Disaccharid-Saccharose (normaler Tafelzucker: Glucose + Fructose), Laktose (Milchzucker: Glucose + Galactose) und Maltose (Getreidezucker: Glucose + Glucose) sowie die Polysaccharide Glykogen und Stärke (Ketten von Monosacchariden) abzubauen. Ihr Körper produziert keine Enzyme, die die meisten faserigen Polysaccharide wie Cellulose abbauen können. Während unverdauliche Polysaccharide keinen Nährwert liefern, liefern sie Ballaststoffe, die helfen, Nahrung durch den Verdauungskanal zu treiben.,

Die chemische Verdauung von Stärke beginnt im Mund und wurde oben überprüft.

Im Dünndarm führt Pankreasamylase das „schwere Heben“ für die Stärke-und Kohlenhydratverdauung durch (Abbildung 2). Nachdem Amylasen Stärke in kleinere Fragmente zerlegt haben, beginnt das Bürstenrandenzym α-Dextrinase an α-Dextrin zu arbeiten und bricht jeweils eine Glukoseeinheit ab. Drei Pinsel grenze enzyme hydrolysieren saccharose, lactose, und maltose in monosaccharide., Sucrase spaltet Saccharose in ein Molekül Fructose und ein Molekül Glucose; Maltase zerlegt Maltose und Maltotriose in zwei bzw. drei Glucosemoleküle; und Laktase zerlegt Lactose in ein Molekül Glucose und ein Molekül Galaktose. Unzureichende Laktase kann zu Laktoseintoleranz führen.

Proteinverdauung

Proteine sind Polymere, die aus Aminosäuren bestehen, die durch Peptidbindungen zu langen Ketten verbunden sind., Verdauung reduziert sie auf ihre konstituierenden Aminosäuren. Sie verbrauchen normalerweise etwa 15 bis 20 Prozent Ihrer gesamten Kalorienaufnahme als Protein.

Die Verdauung von Protein beginnt im Magen, wo HCl und Pepsin Proteine in kleinere Polypeptide zerlegen, die dann in den Dünndarm gelangen. Die chemische Verdauung im Dünndarm wird durch Pankreasenzyme fortgesetzt, einschließlich Chymotrypsin und Trypsin, die jeweils auf spezifische Bindungen in Aminosäuresequenzen einwirken., Gleichzeitig sezernieren die Zellen der Bürstengrenze Enzyme wie Aminopeptidase und Dipeptidase, die Peptidketten weiter abbauen. Dies führt zu Molekülen, die klein genug sind, um in den Blutkreislauf einzudringen.

Lipidverdauung

Eine gesunde Ernährung begrenzt die Lipidaufnahme auf 35 Prozent der gesamten Kalorienaufnahme. Die häufigsten diätetischen Lipide sind Triglyceride, die aus einem Glycerinmolekül bestehen, das an drei Fettsäureketten gebunden ist. Kleine Mengen an Cholesterin und Phospholipiden aus der Nahrung werden ebenfalls konsumiert.

Die drei für die Lipidverdauung verantwortlichen Lipasen sind Linguallipase, Magenlipase und Pankreaslipase. Da die Bauchspeicheldrüse jedoch die einzige Folgequelle für Lipase ist, findet praktisch die gesamte Lipidverdauung im Dünndarm statt., Pankreaslipase zerlegt jedes Triglycerid in zwei freie Fettsäuren und ein Monoglycerid. Die Fettsäuren umfassen sowohl kurzkettige (weniger als 10 bis 12 Kohlensäuren) als auch langkettige Fettsäuren.

Nukleinsäureverdauung

Die Nukleinsäuren DNA und RNA finden sich in den meisten Lebensmitteln, die Sie essen. Zwei Arten von Pankreas-Nuklease sind für ihre Verdauung verantwortlich: Desoxyribonuklease, die DNA verdaut, und Ribonuklease, die RNA verdaut., Die durch diese Verdauung produzierten Nukleotide werden weiter durch zwei intestinale Grenzenzyme (Nukleosidase und Phosphatase) in Pentosen, Phosphate und stickstoffhaltige Basen zerlegt, die durch die Verdauungskanalwand absorbiert werden können. Die großen Lebensmittelmoleküle, die in Untereinheiten zerlegt werden müssen, sind in Tabelle 2 zusammengefasst.

Tabelle 2.,		Kohlenhydrate	Monosaccharide: Glucose, Galactose und Fructose
Proteine	Einzelne Aminosäuren, Dipeptide und Tripeptide
Triglyceride	Monoacylglyceride, Glycerin und freie Fettsäuren
Nukleinsäuren		Pentose Zucker, Phosphate und stickstoffhaltige Basen

Absorption

Die mechanischen und Verdauungsprozesse haben ein Ziel: Nahrung in Moleküle umzuwandeln, die klein genug sind, um von den Epithelzellen der Darmzotten absorbiert zu werden., Die Aufnahmekapazität des Nahrungskanals ist fast endlos. Jeden Tag verarbeitet der Verdauungskanal bis zu 10 Liter Nahrung, Flüssigkeiten und GI-Sekrete, aber weniger als ein Liter gelangt in den Dickdarm. Fast alle aufgenommenen Lebensmittel, 80 Prozent der Elektrolyte und 90 Prozent des Wassers werden im Dünndarm absorbiert. Obwohl der gesamte Dünndarm an der Absorption von Wasser und Lipiden beteiligt ist, findet die meiste Absorption von Kohlenhydraten und Proteinen im Jejunum statt. Insbesondere werden Gallensalze und Vitamin B12 im terminalen Ileum absorbiert., Wenn der Reim vom Ileum in den Dickdarm gelangt, handelt es sich im Wesentlichen um unverdauliche Speisereste (hauptsächlich Pflanzenfasern wie Zellulose), etwas Wasser und Millionen von Bakterien.

Die Absorption kann durch fünf Mechanismen erfolgen: (1) aktiver Transport, (2) passive Diffusion, (3) erleichterte Diffusion, (4) Ko-Transport (oder sekundärer aktiver Transport) und (5) Endozytose., Wie Sie sich aus Kapitel 3 erinnern werden, bezieht sich der aktive Transport auf die Bewegung einer Substanz über eine Zellmembran, die von einem Bereich niedrigerer Konzentration zu einem Bereich höherer Konzentration (bis zum Konzentrationsgradienten) führt. Bei dieser Art des Transports wirken Proteine innerhalb der Zellmembran als „Pumpen“, die zelluläre Energie (ATP) verwenden, um die Substanz zu bewegen., Passive Diffusion bezieht sich auf die Bewegung von Substanzen von einem Bereich höherer Konzentration zu einem Bereich niedrigerer Konzentration, während erleichterte Diffusion sich auf die Bewegung von Substanzen von einem Bereich höherer zu einem Bereich niedrigerer Konzentration unter Verwendung eines Trägerproteins in der Zellmembran bezieht. Co-Transport verwendet die Bewegung eines Moleküls durch die Membran von einer höheren zu einer niedrigeren Konzentration, um die Bewegung eines anderen Moleküls von einer niedrigeren zu einer höheren Konzentration zu befördern. Schließlich ist Endozytose ein Transportprozess, bei dem die Zellmembran Material verschlingt. Es erfordert Energie, im Allgemeinen in form von ATP.,

Da die Plasmamembran der Zelle aus hydrophoben Phospholipiden besteht, müssen wasserlösliche Nährstoffe Transportmoleküle verwenden, die in die Membran eingebettet sind, um in Zellen einzudringen. Darüber hinaus können Substanzen nicht zwischen den Epithelzellen der Darmschleimhaut gelangen, da diese Zellen durch enge Verbindungen miteinander verbunden sind. Somit können Substanzen nur durch Passieren der apikalen Oberflächen von Epithelzellen und in die interstitielle Flüssigkeit in die Blutkapillaren gelangen. Wasserlösliche Nährstoffe gelangen in den Zotten in das Kapillarblut und gelangen über die Leberpfortader in die Leber.,

Im Gegensatz zu den wasserlöslichen Nährstoffen können lipidlösliche Nährstoffe durch die Plasmamembran diffundieren. Sobald sie sich in der Zelle befinden, werden sie für den Transport über die Zellbasis verpackt und gelangen dann über den Thoraxkanal in die Laktation der Zotten, die von Lymphgefäßen in den systemischen Kreislauf transportiert werden sollen. Die Aufnahme der meisten Nährstoffe durch die Schleimhaut der Darmzotten erfordert einen aktiven Transport, der durch ATP angetrieben wird. Die Absorptionswege für jede Lebensmittelkategorie sind in Tabelle 3 zusammengefasst.,

Tabelle 3.,ids					Simple diffusion	Capillary blood in villi	Liver via hepatic portal vein
Lipids	Glycerol	Simple diffusion	Capillary blood in villi	Liver via hepatic portal vein
Lipids	Nucleic acid digestion products	Active transport via membrane carriers	Capillary blood in villi	Liver via hepatic portal vein

Carbohydrate Absorption

All carbohydrates are absorbed in the form of monosaccharides., Der Dünndarm ist dabei sehr effizient und absorbiert Monosaccharide mit einer geschätzten Rate von 120 Gramm pro Stunde. Alle normalerweise verdauten diätetischen Kohlenhydrate werden absorbiert, unverdauliche Fasern werden im Kot eliminiert. Die Monosaccharide Glucose und Galactose werden durch gemeinsame Proteinträger über sekundären aktiven Transport (dh Ko-Transport mit Natriumionen) in die Epithelzellen transportiert. Die Monosaccharide verlassen diese Zellen über eine erleichterte Diffusion und gelangen durch interzelluläre Spalten in die Kapillaren., Das Monosaccharid Fructose (das in der Frucht enthalten ist) wird allein durch erleichterte Diffusion absorbiert und transportiert. Die Monosaccharide verbinden sich unmittelbar nach dem Abbau der Disaccharide mit den Transportproteinen.

Proteinabsorption

Aktive Transportmechanismen, hauptsächlich im Zwölffingerdarm und im Jejunum, absorbieren die meisten Proteine als Abbauprodukte, Aminosäuren. Fast das gesamte (95 bis 98 Prozent) Protein wird im Dünndarm verdaut und absorbiert. Die Art des Trägers, der eine Aminosäure transportiert, variiert. Die meisten Träger sind mit dem aktiven Transport von Natrium verbunden., Kurze Ketten von zwei Aminosäuren (Dipeptide) oder drei Aminosäuren (Tripeptide) werden ebenfalls aktiv transportiert. Nachdem sie jedoch in die absorptiven Epithelzellen eingetreten sind, werden sie in ihre Aminosäuren zerlegt, bevor sie die Zelle verlassen und über Diffusion in das Kapillarblut gelangen.

Lipidabsorption

Etwa 95 Prozent der Lipide werden im Dünndarm resorbiert. Gallensalze beschleunigen nicht nur die Lipidverdauung, sie sind auch für die Aufnahme der Endprodukte der Lipidverdauung unerlässlich., Kurzkettige Fettsäuren sind relativ wasserlöslich und können direkt in die absorptiven Zellen (Enterozyten) gelangen. Obwohl sie hydrophob sind, ermöglicht die geringe Größe von kurzkettigen Fettsäuren, dass sie von Enterozyten über einfache Diffusion absorbiert werden und dann den gleichen Weg wie Monosaccharide und Aminosäuren in die Blutkapillare eines Zotten nehmen.

Die großen und hydrophoben langkettigen Fettsäuren und Monoacylglyceride sind im wässrigen Darmreim nicht so leicht suspendiert., Gallensalze und Lecithin lösen dieses Problem jedoch, indem sie sie in eine Mizelle einschließen, eine winzige Kugel mit polaren (hydrophilen) Enden, die der wässrigen Umgebung zugewandt sind, und hydrophoben Schwänzen, die dem Inneren zugewandt sind, wodurch eine empfängliche Umgebung für die langkettigen Fettsäuren geschaffen wird. Der Kern enthält auch Cholesterin und fettlösliche Vitamine. Ohne Mizellen würden Lipide auf der Oberfläche von Chymus sitzen und niemals mit den absorptiven Oberflächen der Epithelzellen in Kontakt kommen. Mizellen können sich leicht zwischen Mikrovilli quetschen und sehr nahe an die luminale Zelloberfläche gelangen., An diesem Punkt verlassen Lipidsubstanzen die Mizelle und werden durch einfache Diffusion absorbiert.

Die freien Fettsäuren und Monoacylglyceride, die in die Epithelzellen gelangen, werden in Triglyceride reinkorporiert. Die Triglyceride werden mit Phospholipiden und Cholesterin gemischt und mit einer Proteinschicht umgeben. Dieser neue Komplex, Chylomikron genannt, ist ein wasserlösliches Lipoprotein. Nach der Verarbeitung durch den Golgi-Apparat werden Chylomikronen aus der Zelle freigesetzt. Zu groß, um durch die Basalmembranen der Blutkapillaren zu gelangen, dringen Chylomikronen stattdessen in die großen Poren der Laktose ein., Die Laktose kommt zusammen, um die Lymphgefäße zu bilden. Die Chylomikronen werden in den Lymphgefäßen transportiert und entleeren sich durch den Thoraxgang in die Vena subclavia des Kreislaufsystems. Im Blutkreislauf zerlegt das Enzym Lipoproteinlipase die Triglyceride der Chylomikronen in freie Fettsäuren und Glycerin. Diese Abbauprodukte passieren dann Kapillarwände, um von Zellen für Energie genutzt oder im Fettgewebe als Fett gespeichert zu werden., Leberzellen kombinieren die verbleibenden Chylomikronreste mit Proteinen und bilden Lipoproteine, die Cholesterin im Blut transportieren.

Nukleinsäureabsorption

Die Produkte der Nukleinsäureverdauung—Pentosezucker, stickstoffhaltige Basen und Phosphationen—werden durch Träger über den aktiven Transport über das Zottenepithel transportiert. Diese Produkte gelangen dann in den Blutkreislauf.,

Mineralaufnahme

Die vom Dünndarm absorbierten Elektrolyte stammen sowohl aus GI-Sekreten als auch aus aufgenommenen Nahrungsmitteln. Da Elektrolyte in Wasser zu Ionen dissoziieren, werden die meisten über den aktiven Transport im gesamten Dünndarm absorbiert. Während der Absorption führen Ko-Transportmechanismen zur Akkumulation von Natriumionen in den Zellen, während Anti-Port-Mechanismen die Kaliumionenkonzentration in den Zellen reduzieren. Um den Natrium-Kalium-Gradienten über die Zellmembran wiederherzustellen, pumpt eine Natrium-Kalium-Pumpe, die ATP benötigt, Natrium und Kalium heraus.,

Im Allgemeinen werden alle Mineralien, die in den Darm gelangen, absorbiert, unabhängig davon, ob Sie sie benötigen oder nicht. Eisen und Kalzium sind Ausnahmen; Sie werden im Zwölffingerdarm in Mengen absorbiert, die den aktuellen Anforderungen des Körpers entsprechen, wie folgt:

Eisen—Das ionische Eisen, das für die Produktion von Hämoglobin benötigt wird, wird über den aktiven Transport in Schleimhautzellen absorbiert. Sobald sie sich in Schleimhautzellen befinden, bindet ionisches Eisen an das Protein Ferritin und erzeugt Eisen-Ferritin-Komplexe, die Eisen speichern, bis es benötigt wird. Wenn der Körper genug Eisen hat, geht der größte Teil des gespeicherten Eisens verloren, wenn abgenutzte Epithelzellen abfallen., Wenn der Körper Eisen benötigt, weil es beispielsweise bei akuten oder chronischen Blutungen verloren geht, kommt es zu einer erhöhten Aufnahme von Eisen aus dem Darm und einer beschleunigten Freisetzung von Eisen in den Blutkreislauf. Da Frauen während der Menstruation einen signifikanten Eisenverlust erleiden, haben sie etwa viermal so viele Eisentransportproteine in ihren Darmepithelzellen wie Männer.

Calcium-Blutspiegel von ionischem Kalzium bestimmen die Absorption von Kalzium in der Nahrung., Wenn der Blutspiegel von ionischem Kalzium sinkt, stimuliert das von den Nebenschilddrüsen abgesonderte Nebenschilddrüsenhormon (PTH) die Freisetzung von Calciumionen aus Knochenmatrizen und erhöht die Reabsorption von Kalzium durch die Nieren. PTH reguliert auch die Aktivierung von Vitamin D in der Niere, was dann die Absorption von Calciumionen im Darm erleichtert.

Vitaminaufnahme

Der Dünndarm nimmt die Vitamine auf, die natürlich in Nahrungsergänzungsmitteln und Nahrungsergänzungsmitteln vorkommen. Fettlösliche Vitamine (A, D, E und K) werden zusammen mit diätetischen Lipiden in Mizellen durch einfache Diffusion absorbiert., Aus diesem Grund wird empfohlen, einige fetthaltige Lebensmittel zu sich zu nehmen, wenn Sie fettlösliche Vitaminpräparate einnehmen. Die meisten wasserlöslichen Vitamine (einschließlich der meisten B-Vitamine und Vitamin C) werden auch durch einfache Diffusion absorbiert. Eine Ausnahme ist Vitamin B12, ein sehr großes Molekül. Der im Magen abgesonderte intrinsische Faktor bindet an Vitamin B12, verhindert seine Verdauung und schafft einen Komplex, der an Schleimhautrezeptoren im terminalen Ileum bindet, wo er durch Endozytose aufgenommen wird.

Wasseraufnahme

Jeden Tag gelangen etwa neun Liter Flüssigkeit in den Dünndarm. Über 2.,3 Liter werden in Lebensmitteln und Getränken aufgenommen, und der Rest stammt aus GI-Sekreten. Etwa 90 Prozent dieses Wassers werden im Dünndarm absorbiert. Die Wasseraufnahme wird durch den Konzentrationsgradienten des Wassers bestimmt: Die Wasserkonzentration ist im Chymus höher als in Epithelzellen. Somit bewegt sich Wasser seinen Konzentrationsgradienten vom Chymus in die Zellen. Wie bereits erwähnt, wird ein Großteil des verbleibenden Wassers dann im Dickdarm absorbiert.

Kapitel Review

Der Dünndarm ist der Ort der meisten chemischen Verdauung und fast alle-absorption., Die chemische Verdauung zerlegt große Lebensmittelmoleküle in ihre chemischen Bausteine, die dann durch die Darmwand und in den allgemeinen Kreislauf aufgenommen werden können. Darm-und Leberenzyme und Pankreasenzyme sind für den Großteil der chemischen Verdauung verantwortlich. Der Abbau von Fett erfordert auch Galle.

Die meisten Nährstoffe werden durch Transportmechanismen an der apikalen Oberfläche der Enterozyten absorbiert. Ausnahmen sind Lipide, fettlösliche Vitamine und die meisten wasserlöslichen Vitamine., Mit Hilfe von Gallensalzen und Lecithin werden die Nahrungsfette zu Mizellen emulgiert, die die Fettpartikel an die Oberfläche der Enterozyten tragen können. Dort setzen die Mizellen ihre Fette frei, um über die Zellmembran zu diffundieren. Die Fette werden dann wieder zu Triglyceriden zusammengesetzt und mit anderen Lipiden und Proteinen zu Chylomikronen vermischt, die in Laktose übergehen können. Andere absorbierte Monomere wandern von Blutkapillaren im Zotten zur Leberpfortader und dann zur Leber.,

Selbstprüfung

Beantworten Sie die folgenden Fragen, um zu sehen, wie gut Sie die im vorherigen Abschnitt behandelten Themen verstehen.