Anatomia i fizjologia II

Jak się już nauczyłeś, proces mechanicznego trawienia jest stosunkowo prosty., Wiąże się z fizycznym rozkładem żywności, ale nie zmienia jej składu chemicznego. Z drugiej strony trawienie chemiczne jest złożonym procesem, który redukuje żywność do chemicznych bloków budulcowych, które następnie są wchłaniane, aby odżywiać komórki organizmu. W tej sekcji przyjrzysz się dokładniej procesom chemicznego trawienia i wchłaniania.

trawienie chemiczne

duże cząsteczki żywności (na przykład białka, lipidy, kwasy nukleinowe i skrobie) muszą być podzielone na podjednostki, które są wystarczająco małe, aby mogły zostać wchłonięte przez wyściółkę przewodu pokarmowego. Jest to realizowane przez enzymy poprzez hydrolizę. Wiele enzymów biorących udział w trawieniu chemicznym podsumowano w tabeli 1.

Tabela 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.,

trawienie węglowodanów

przeciętna amerykańska dieta to około 50 procent węglowodanów, które mogą być klasyfikowane według liczby monomerów, które zawierają cukry proste (monosacharydy i disacharydy) i / lub cukry złożone (polisacharydy). Glukoza, galaktoza i fruktoza to trzy monosacharydy, które są powszechnie spożywane i łatwo wchłaniane., Układ trawienny jest również w stanie rozkładać disacharyd sacharozę (zwykły cukier stołowy: glukoza + fruktoza), laktozę (cukier mleczny: glukoza + galaktoza) i maltozę (cukier zbożowy: glukoza + glukoza) oraz polisacharydy glikogen i skrobię (łańcuchy monosacharydów). Twoje ciała nie produkują enzymów, które mogą rozkładać większość włóknistych polisacharydów, takich jak celuloza. Podczas gdy niestrawne polisacharydy nie zapewniają żadnej wartości odżywczej, dostarczają błonnika pokarmowego, który pomaga napędzać żywność przez kanał pokarmowy.,

trawienie chemiczne skrobi rozpoczyna się w jamie ustnej i zostało omówione powyżej.

w jelicie cienkim amylaza trzustkowa wykonuje „ciężki lifting” trawienia skrobi i węglowodanów (ryc. 2). Po tym, jak amylazy rozkładają skrobię na mniejsze fragmenty, enzym graniczny α-dekstrynazy zaczyna działać na α-dekstrynę, odrywając po jednej jednostce glukozy na raz. Trzy enzymy brush border hydrolizują sacharozę, laktozę i maltozę do monosacharydów., Sukraza dzieli sacharozę na jedną cząsteczkę fruktozy i jedną cząsteczkę glukozy; maltaza rozkłada maltozę i maltotriozę odpowiednio na dwie i trzy cząsteczki glukozy; laktaza rozkłada laktozę na jedną cząsteczkę glukozy i jedną cząsteczkę galaktozy. Niedostateczna ilość laktazy może prowadzić do nietolerancji laktozy.

trawienie białek

białka są polimerami złożonymi z aminokwasów połączonych wiązaniami peptydowymi tworząc długie łańcuchy., Trawienie redukuje je do aminokwasów składowych. Zwykle spożywasz około 15 do 20 procent całkowitego spożycia kalorii jako białko.

trawienie białka rozpoczyna się w żołądku, gdzie HCl i pepsyna rozkładają białka na mniejsze polipeptydy, które następnie przedostają się do jelita cienkiego. Trawienie chemiczne w jelicie cienkim jest kontynuowane przez enzymy trzustkowe, w tym chymotrypsynę i trypsynę, z których każdy działa na specyficzne wiązania w sekwencjach aminokwasowych., Jednocześnie komórki bruzdy wydzielają enzymy takie jak aminopeptydaza i dipeptydaza, które dodatkowo rozkładają łańcuchy peptydowe. Powoduje to, że cząsteczki są wystarczająco małe, aby dostać się do krwioobiegu.

trawienie lipidów

zdrowa dieta ogranicza spożycie lipidów do 35 procent całkowitego spożycia kalorii. Najczęstszymi lipidami w diecie są trójglicerydy, które składają się z cząsteczki glicerolu związanego z trzema łańcuchami kwasów tłuszczowych. Spożywane są również niewielkie ilości cholesterolu i fosfolipidów.

trzy lipazy odpowiedzialne za trawienie lipidów to lipaza językowa, lipaza żołądkowa i lipaza trzustkowa. Ponieważ jednak trzustka jest jedynym źródłem lipazy, praktycznie całe trawienie lipidów występuje w jelicie cienkim., Lipaza trzustkowa rozkłada każdy trójgliceryd na dwa wolne kwasy tłuszczowe i monogliceryd. Do kwasów tłuszczowych należą zarówno krótkołańcuchowe (mniej niż 10-12 węgli), jak i długołańcuchowe kwasy tłuszczowe.

trawienie kwasem nukleinowym

kwasy nukleinowe DNA i RNA znajdują się w większości pokarmów, które jesz. Za ich trawienie odpowiedzialne są dwa rodzaje nukleaz trzustkowych: deoksyrybonukleaza, która trawi DNA, i rybonukleaza, która trawi RNA., Nukleotydy wytwarzane przez to trawienie są dalej rozkładane przez dwa enzymy graniczne szczotki jelitowej (nukleozydaza i fosfataza) na pentozy, fosforany i zasady azotowe, które mogą być wchłaniane przez ścianę przewodu pokarmowego. Duże cząsteczki pożywienia, które należy podzielić na podjednostki, podsumowano w tabeli 2.

pojedyncze aminokwasy, dipeptydy i tripeptydy

Tabela 2.,		węglowodany	monosacharydy: glukoza, galaktoza i fruktoza
białka
trójglicerydy	Monoacyloglicerydy, glicerol i wolne kwasy tłuszczowe
kwasy nukleinowe	pentozy cukry, fosforany i zasady azotowe

absorpcja

procesy mechaniczne i trawienne mają jeden cel: przekształcić pokarm w cząsteczki na tyle małe, aby mógł zostać wchłonięty przez komórki nabłonkowe kosmków jelitowych., Zdolność absorpcyjna przewodu pokarmowego jest prawie nieograniczona. Każdego dnia przewód pokarmowy przetwarza do 10 litrów żywności, płynów i wydzieliny przewodu pokarmowego, ale mniej niż jeden litr wchodzi do jelita grubego. Prawie wszystkie spożywane jedzenie, 80 procent elektrolitów i 90 procent wody są wchłaniane w jelicie cienkim. Chociaż całe jelito cienkie bierze udział w wchłanianiu wody i lipidów, większość wchłaniania węglowodanów i białek występuje w jelicie czczym. W szczególności sole żółciowe i witamina B12 są wchłaniane w jelitach końcowych., W czasie, gdy chyme przechodzi z jelita cienkiego do jelita grubego, jest to zasadniczo niestrawne resztki żywności (głównie włókna roślinne, takie jak celuloza), trochę wody i miliony bakterii.

absorpcja może przebiegać poprzez pięć mechanizmów: (1) transport aktywny, (2) dyfuzja bierna, (3) dyfuzja ułatwiona, (4) Ko-transport (lub wtórny transport aktywny) oraz (5) endocytoza., Jak pamiętacie z rozdziału 3, aktywny transport odnosi się do ruchu substancji przez błonę komórkową przechodzącego z obszaru o niższym stężeniu do obszaru o wyższym stężeniu (w górę gradientu stężenia). W tego typu transporcie białka w błonie komórkowej działają jak „pompy”, wykorzystując energię komórkową (ATP) do przemieszczania substancji., Bierna dyfuzja odnosi się do przemieszczania substancji z obszaru o wyższym stężeniu do obszaru o niższym stężeniu, podczas gdy ułatwiona dyfuzja odnosi się do przemieszczania substancji z obszaru o wyższym stężeniu do obszaru o niższym stężeniu przy użyciu białka nośnika w błonie komórkowej. Ko-transport wykorzystuje ruch jednej cząsteczki przez membranę z wyższego do niższego stężenia, aby napędzać ruch innej z niższego do wyższego. Endocytoza to proces transportu, w którym błona komórkowa pochłania materiał. Wymaga energii, na ogół w postaci ATP.,

ponieważ błona plazmowa komórki składa się z hydrofobowych fosfolipidów, rozpuszczalne w wodzie składniki odżywcze muszą wykorzystywać cząsteczki transportowe osadzone w błonie, aby dostać się do komórek. Ponadto substancje nie mogą przenikać między komórkami nabłonkowymi błony śluzowej jelit, ponieważ komórki te są połączone ze sobą ciasnymi połączeniami. W ten sposób substancje mogą przedostawać się tylko do naczyń włosowatych, przechodząc przez wierzchołkowe powierzchnie komórek nabłonkowych i do płynu śródmiąższowego. Rozpuszczalne w wodzie składniki odżywcze dostają się do krwi kapilarnej w kosmkach i podróżują do wątroby przez żyłę wrotną wątroby.,

w przeciwieństwie do rozpuszczalnych w wodzie składników odżywczych, rozpuszczalne w lipidach składniki odżywcze mogą dyfundować przez błonę osocza. Po wejściu do komórki są pakowane do transportu przez podstawę komórki, a następnie wchodzą do lacteals kosmków, które mają być transportowane przez naczynia limfatyczne do krążenia ogólnoustrojowego przez przewód piersiowy. Wchłanianie większości składników odżywczych przez błonę śluzową kosmków jelitowych wymaga aktywnego transportu napędzanego ATP. Drogi wchłaniania dla każdej kategorii żywności podsumowano w tabeli 3.,

Tabela 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., Jelito cienkie jest w tym bardzo wydajne, wchłaniając monosacharydy z szacowaną szybkością 120 gramów na godzinę. Wszystkie normalnie trawione węglowodany są wchłaniane; niestrawne włókna są eliminowane w kale. Monosacharydy glukoza i galaktoza są transportowane do komórek nabłonkowych przez zwykłe nośniki białek poprzez wtórny aktywny transport (czyli współ transport z jonami sodu). Monosacharydy opuszczają te komórki poprzez ułatwioną dyfuzję i dostają się do naczyń włosowatych przez szczeliny międzykomórkowe., Fruktoza monosacharydowa (która znajduje się w owocach) jest wchłaniana i transportowana wyłącznie przez ułatwioną dyfuzję. Monosacharydy łączą się z białkami transportowymi natychmiast po rozbiciu disacharydów.

wchłanianie białek

aktywne mechanizmy transportowe, głównie w dwunastnicy i jelicie czczym, absorbują większość białek jako produkty ich rozpadu, aminokwasy. Prawie całe (95 do 98 procent) białko jest trawione i wchłaniane w jelicie cienkim. Rodzaj nośnika transportującego aminokwas jest różny. Większość nośników jest związana z aktywnym transportem sodu., Krótkie łańcuchy dwóch aminokwasów (dipeptydów) lub trzech aminokwasów (tripeptydów) są również aktywnie transportowane. Jednak po wejściu do absorpcyjnych komórek nabłonkowych, są one rozkładane na aminokwasy przed opuszczeniem komórki i wejściem do krwi kapilarnej poprzez dyfuzję.

wchłanianie lipidów

około 95 procent lipidów jest wchłanianych w jelicie cienkim. Sole żółciowe nie tylko przyspieszają trawienie lipidów, są również niezbędne do wchłaniania produktów końcowych trawienia lipidów., Krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe są stosunkowo rozpuszczalne w wodzie i mogą bezpośrednio przenikać do komórek wchłaniających (enterocytów). Mimo że są hydrofobowe, niewielkie rozmiary krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych umożliwiają ich wchłanianie przez enterocyty poprzez prostą dyfuzję, a następnie podążanie tą samą drogą, co monosacharydy i aminokwasy do kapilary krwi kosmka.

duże i hydrofobowe długołańcuchowe kwasy tłuszczowe i monoacyloglicerydy nie są tak łatwo zawieszone w wodnistym układzie jelitowym., Jednak sole żółciowe i lecytyna rozwiązują ten problem, zamykając je w micelu, który jest maleńką kulką z polarnymi (hydrofilowymi) końcami skierowanymi do wodnistego środowiska i hydrofobowymi ogonami skierowanymi do wnętrza, tworząc środowisko receptywne dla długołańcuchowych kwasów tłuszczowych. Rdzeń zawiera również cholesterol i witaminy rozpuszczalne w tłuszczach. Bez Miceli lipidy siedzą na powierzchni chyme i nigdy nie stykają się z chłonnymi powierzchniami komórek nabłonkowych. Micele mogą łatwo przecisnąć się między microvilli i dostać się bardzo blisko powierzchni komórki luminalnej., W tym momencie substancje lipidowe wychodzą z Micelli i są wchłaniane przez prostą dyfuzję.

wolne kwasy tłuszczowe i monoacyloglicerydy, które dostają się do komórek nabłonkowych, są ponownie przekształcane w trójglicerydy. Trójglicerydy są mieszane z fosfolipidami i cholesterolem i otoczone otoczką białkową. Ten nowy kompleks, zwany chylomikronem, jest rozpuszczalną w wodzie lipoproteiną. Po przetworzeniu przez aparat Golgiego chylomikrony są uwalniane z komórki. Zbyt duże, aby przejść przez błony podstawne naczyń włosowatych, chylomikrony zamiast wejść do dużych porów laktealiów., Lakteale łączą się tworząc naczynia limfatyczne. Chylomikrony są transportowane w naczyniach limfatycznych i opróżniane przez przewód piersiowy do żyły podobojczykowej układu krążenia. Po przedostaniu się do krwiobiegu enzym lipaza lipoproteinowa rozkłada trójglicerydy chylomikronów na wolne kwasy tłuszczowe i glicerol. Te produkty rozpadu przechodzą następnie przez ściany kapilarne, aby być wykorzystywane do energii przez komórki lub przechowywane w tkance tłuszczowej jako tłuszcz., Komórki wątroby łączą pozostałe resztki chylomikronu z białkami, tworząc lipoproteiny, które transportują cholesterol we krwi.

absorpcja kwasu nukleinowego

produkty trawienia kwasem nukleinowym—cukry pentozowe, Zasady azotowe i jony fosforanowe—są transportowane przez nośniki przez nabłonek kosmków poprzez transport aktywny. Produkty te następnie dostają się do krwiobiegu.,

wchłanianie minerałów

elektrolity wchłaniane przez jelito cienkie pochodzą zarówno z wydzieliny przewodu pokarmowego, jak i spożywanych pokarmów. Ponieważ elektrolity dysocjują do jonów w wodzie, większość z nich jest wchłaniana przez aktywny transport w całym jelicie cienkim. W trakcie absorpcji mechanizmy Ko-transportu powodują gromadzenie się jonów sodu wewnątrz komórek, natomiast mechanizmy antyporowe zmniejszają stężenie jonów potasu wewnątrz komórek. Aby przywrócić gradient sodowo-potasowy w błonie komórkowej, pompa sodowo-potasowa wymagająca ATP wypompowuje sód i potas w błonie komórkowej.,

ogólnie rzecz biorąc, wszystkie minerały, które dostają się do jelita, są wchłaniane, niezależnie od tego, czy ich potrzebujesz, czy nie. Żelazo i wapń są wyjątkami; są one wchłaniane w dwunastnicy w ilościach, które spełniają aktualne wymagania organizmu, w następujący sposób:

żelazo—żelazo jonowe potrzebne do produkcji hemoglobiny jest wchłaniane do komórek śluzowych poprzez aktywny transport. W komórkach błon śluzowych żelazo jonowe wiąże się z białkową ferrytyną, tworząc kompleksy żelazo-Ferrytyna, które przechowują żelazo do czasu jego potrzeb. Gdy ciało ma wystarczającą ilość żelaza, większość zmagazynowanego żelaza jest tracona, gdy zużyte komórki nabłonkowe slough off., Gdy organizm potrzebuje żelaza, ponieważ, na przykład, jest on tracony podczas ostrego lub przewlekłego krwawienia, jest zwiększona absorpcja żelaza z jelit i przyspieszone uwalnianie żelaza do krwiobiegu. Ponieważ kobiety doświadczają znacznej utraty żelaza podczas menstruacji, mają około cztery razy więcej białek transportujących żelazo w komórkach nabłonka jelitowego niż mężczyźni.

wapń—stężenie jonów wapnia we krwi determinuje wchłanianie wapnia z pożywienia., Gdy stężenie jonów wapnia we krwi spada, parathormon (PTH) wydzielany przez gruczoły przytarczycowe stymuluje uwalnianie jonów wapnia z matryc kostnych i zwiększa wchłanianie wapnia przez nerki. PTH reguluje również aktywację witaminy D w nerkach, co następnie ułatwia wchłanianie jonów wapnia w jelitach.

wchłanianie witamin

jelito cienkie pochłania witaminy, które występują naturalnie w żywności i suplementach. Witaminy rozpuszczalne w tłuszczach (A, D, E I K) są wchłaniane wraz z lipidami w micelach poprzez prostą dyfuzję., Dlatego zaleca się spożywanie niektórych tłustych pokarmów podczas przyjmowania rozpuszczalnych w tłuszczach suplementów witaminowych. Większość witamin rozpuszczalnych w wodzie (w tym większość witamin z grupy B i witamina C) również jest wchłaniana przez prostą dyfuzję. Wyjątkiem jest witamina B12, która jest bardzo dużą cząsteczką. Czynnik wewnętrzny wydzielany w żołądku wiąże się z witaminą B12, zapobiegając jej trawieniu i tworząc kompleks, który wiąże się z receptorami błon śluzowych w jelitach końcowych, gdzie jest przyjmowany przez endocytozę.

absorpcja wody

każdego dnia do jelita cienkiego wchodzi około dziewięciu litrów płynu. Około 2.,3 litry są spożywane w żywności i napojach, a reszta pochodzi z wydzieliny przewodu pokarmowego. Około 90 procent tej wody jest wchłaniany w jelicie cienkim. Absorpcja wody zależy od gradientu stężenia wody: stężenie wody jest wyższe w chyme niż w komórkach nabłonkowych. W ten sposób woda przesuwa się w dół swojego gradientu koncentracji z chyme do komórek. Jak wspomniano wcześniej, znaczna część pozostałej wody jest następnie wchłaniana w okrężnicy.

przegląd rozdziału

jelito cienkie jest miejscem większości trawienia chemicznego i prawie całej absorpcji., Trawienie chemiczne rozbija duże cząsteczki żywności w ich chemicznych bloków budulcowych, które następnie mogą być wchłaniane przez ścianę jelita i do ogólnego krążenia. Za większość trawienia chemicznego odpowiedzialne są enzymy bruzdy jelitowej oraz enzymy trzustkowe. Rozpad tłuszczu wymaga również żółci.

większość składników odżywczych jest wchłaniana przez mechanizmy transportowe na powierzchni wierzchołkowej enterocytów. Wyjątki obejmują lipidy, witaminy rozpuszczalne w tłuszczach i większość witamin rozpuszczalnych w wodzie., Za pomocą soli żółciowych i lecytyny tłuszcze dietetyczne są emulgowane, tworząc micele, które mogą przenosić cząsteczki tłuszczu na powierzchnię enterocytów. Tam micele uwalniają swoje tłuszcze, aby rozproszyć się po błonie komórkowej. Tłuszcze są następnie ponownie złożone w trójglicerydy i mieszane z innymi lipidami i białkami w chylomikrony, które mogą przenikać do laktealiów. Inne pochłonięte monomery przemieszczają się z naczyń włosowatych do żyły wrotnej wątroby, a następnie do wątroby.,

Self Check

Odpowiedz na poniższe pytania, aby zobaczyć, jak dobrze rozumiesz tematy omówione w poprzedniej sekcji.