11.2 Пищеварительная система — концепции биологии — 1-е канадское издание
Перейти к содержанию
Глава 11: Введение в системы организма
Цели обученияК концу этого раздела вы сможете:
- Объяснять процессы пищеварения и всасывания
- Объясните специализированные функции органов, участвующих в переработке пищи в организме
- Опишите способы совместной работы органов для переваривания пищи и поглощения питательных веществ
- Опишите основные питательные вещества, необходимые для функционирования клеток, которые не могут быть синтезированы в организме животного
- Опишите, как в организме накапливаются избыточные углеводы и энергия
Все живые организмы нуждаются в питательных веществах, чтобы выжить. В то время как растения могут получать питательные вещества из своих корней и молекулы энергии, необходимые для функционирования клеток, в процессе фотосинтеза, животные получают свои питательные вещества за счет потребления других организмов.
Одной из проблем питания человека является поддержание баланса между приемом пищи, ее хранением и расходом энергии. Потребление большего количества энергии с пищей, чем используется в деятельности, приводит к накоплению избытка в виде жировых отложений. Рост ожирения и связанных с ним заболеваний, таких как диабет 2 типа, делает понимание роли диеты и питания в поддержании хорошего здоровья еще более важным.
Процесс пищеварения начинается во рту с приемом пищи. Зубы играют важную роль в жевании (пережевывании) или физическом разрушении пищи на более мелкие частицы. Ферменты, присутствующие в слюне, также начинают химически расщеплять пищу. Затем пища проглатывается и попадает в пищевод — длинную трубку, соединяющую рот с желудком. С помощью перистальтики, или волнообразных сокращений гладкой мускулатуры, мышцы пищевода проталкивают пищу к желудку. Содержимое желудка очень кислое, с рН от 1,5 до 2,5. Эта кислотность убивает микроорганизмы, расщепляет пищевые ткани и активирует пищеварительные ферменты. Дальнейшее расщепление пищи происходит в тонкой кишке, где желчь, вырабатываемая печенью, и ферменты, вырабатываемые тонкой кишкой и поджелудочной железой, продолжают процесс пищеварения. Меньшие молекулы всасываются в кровоток через эпителиальные клетки, выстилающие стенки тонкой кишки. Отходы попадают в толстую кишку, где вода всасывается, а более сухие отходы уплотняются в фекалии; он сохраняется до тех пор, пока не будет выведен через задний проход.
Полость рта
Как физическое, так и химическое пищеварение начинается во рту или ротовой полости, которая является точкой поступления пищи в пищеварительную систему. Пища разбивается на более мелкие частицы при пережевывании, пережевывании зубов. У всех млекопитающих есть зубы, и они могут пережевывать пищу, чтобы начать процесс ее физического расщепления на более мелкие частицы.
Химический процесс пищеварения начинается во время жевания, когда пища смешивается со слюной, вырабатываемой слюнными железами (рис. 11.5). Слюна содержит слизь, которая увлажняет пищу и регулирует рН пищи. Слюна также содержит лизоцим, обладающий антибактериальным действием. Он также содержит фермент, называемый слюнной амилазой, который запускает процесс превращения крахмала в пище в дисахарид, называемый мальтозой. Другой фермент, называемый липазой, вырабатывается клетками языка для расщепления жиров.
Жевательное и смачивающее действие, обеспечиваемое зубами и слюной, превращает пищу в массу, называемую болюсом для проглатывания. Язык помогает при глотании — перемещении болюса изо рта в глотку. Глотка открывается двумя проходами: пищеводом и трахеей. Пищевод ведет к желудку, а трахея ведет к легким. Надгортанник представляет собой лоскут ткани, который закрывает отверстие трахеи во время глотания, чтобы предотвратить попадание пищи в легкие.
Пищевод
Пищевод представляет собой трубчатый орган, соединяющий ротовую полость с желудком. Пережеванная и размягченная пища после проглатывания проходит через пищевод. Гладкие мышцы пищевода подвергаются перистальтике, которая проталкивает пищу по направлению к желудку.
Перистальтическая волна однонаправленная — она продвигает пищу изо рта в желудок, обратное движение невозможно, за исключением рвотного рефлекса. Перистальтические движения пищевода — непроизвольный рефлекс; это происходит в ответ на акт глотания.
Кольцевидные мышцы, называемые сфинктерами, образуют клапаны в пищеварительной системе. Гастроэзофагеальный сфинктер (или сердечный сфинктер) расположен в желудочном конце пищевода. В ответ на глотание и давление пищевого комка этот сфинктер открывается, и комок попадает в желудок. Когда нет глотательного действия, этот сфинктер закрывается и препятствует прохождению содержимого желудка вверх по пищеводу. Кислотный рефлюкс или «изжога» возникает, когда кислые пищеварительные соки попадают в пищевод.
Желудок
Большая часть белков переваривается в желудке (рис. 11.7). Желудок представляет собой мешковидный орган, выделяющий желудочный пищеварительный сок.
Переваривание белков осуществляется ферментом пепсином в камере желудка.
Слизистая оболочка желудка не подвержена влиянию пепсина и кислотности, поскольку пепсин высвобождается в неактивной форме, а желудок покрыт толстой слизистой оболочкой, которая защищает подлежащие ткани.
Тонкий кишечник
Химус перемещается из желудка в тонкую кишку. Тонкий кишечник – это орган, в котором завершается переваривание белков, жиров и углеводов.
Тонкий кишечник человека имеет длину более 6 м (19,6 футов) и делится на три части: двенадцатиперстную кишку, тощую кишку и подвздошную кишку. Двенадцатиперстная кишка отделена от желудка пилорическим сфинктером. Химус смешивают с соком поджелудочной железы, щелочным раствором, богатым бикарбонатом, который нейтрализует кислотность химуса из желудка. Соки поджелудочной железы содержат несколько пищеварительных ферментов, расщепляющих крахмалы, дисахариды, белки и жиры.
Непереваренная пища направляется в толстую кишку из подвздошной кишки посредством перистальтических движений. Подвздошная кишка заканчивается, а толстая кишка начинается у илеоцекального клапана. Червеобразный, «червеобразный» отросток расположен у илеоцекального клапана. Аппендикс человека играет незначительную роль в иммунитете.
Толстая кишка
Толстая кишка реабсорбирует воду из неперевариваемого пищевого материала и перерабатывает отходы (рис. 11.6). Толстая кишка человека намного меньше по длине по сравнению с тонкой кишкой, но больше по диаметру. Он состоит из трех частей: слепой кишки, толстой кишки и прямой кишки.
Слепая кишка соединяет подвздошную кишку с толстой кишкой и является принимающим мешочком для отходов. Толстая кишка является домом для многих бактерий или «кишечной флоры», которые помогают в процессах пищеварения. Ободочная кишка имеет четыре отдела: восходящую ободочную кишку, поперечную ободочную кишку, нисходящую ободочную кишку и сигмовидную кишку. Основные функции толстой кишки заключаются в извлечении воды и минеральных солей из непереваренной пищи, а также в хранении отходов. Рис. 11.6 Толстая кишка реабсорбирует воду из непереваренной пищи и хранит отходы до тех пор, пока они не будут выведены. (кредит: модификация работы Марианы Руис Вильярреал) В прямой кишке (рис. 11.6) хранятся фекалии до дефекации. Кал продвигается с помощью перистальтических движений во время элиминации. Анус представляет собой отверстие в дальнем конце пищеварительного тракта и является точкой выхода отходов. Два сфинктера регулируют выход каловых масс, внутренний сфинктер непроизвольный, а наружный сфинктер произвольный.
Дополнительные органы
Описанные выше органы — это органы пищеварительного тракта, через которые проходит пища. Вспомогательные органы добавляют выделения и ферменты, которые расщепляют пищу на питательные вещества. Вспомогательные органы включают слюнные железы, печень, поджелудочную железу и желчный пузырь. Секреция печени, поджелудочной железы и желчного пузыря регулируется гормонами в ответ на потребление пищи.
Печень является самым большим внутренним органом человека и играет важную роль в переваривании жиров и детоксикации крови. Печень вырабатывает желчь, пищеварительный сок, необходимый для расщепления жиров в двенадцатиперстной кишке. Печень также перерабатывает абсорбированные витамины и жирные кислоты и синтезирует многие белки плазмы. Желчный пузырь — это небольшой орган, который помогает печени накапливать желчь и концентрировать желчные соли.
Поджелудочная железа выделяет бикарбонат, нейтрализующий кислый химус, и различные ферменты для переваривания белков и углеводов.
Следующее видео в основном посвящено водорастворимым витаминам, таким как витамины B и C, их роли, особенно в энергетическом обмене. Также определены некоторые из наиболее распространенных и малоизвестных минералов, содержащихся в витаминах.
Типы витаминов
А следующее видео представляет собой введение в другую категорию витаминов, жирорастворимую группу, такую как витамины Е, D и К.
Жирорастворимые витамины
Рацион человека должен быть хорошо сбалансирован, чтобы обеспечивать его питательными веществами, необходимыми для функционирования организма, а также минералами и витаминами, необходимыми для поддержания структуры и регуляции, необходимой для хорошего здоровья и репродуктивной способности (рис. 11.8).
Рисунок 11.8. Сбалансированная диета человека включает фрукты, овощи, злаки, белок и молочные продукты.
(кредит: USDA)Концепция в действии
Посетите этот интерактивный веб-сайт Министерства сельского хозяйства США, чтобы узнать больше о каждой группе продуктов питания и рекомендуемых дневных дозах.
Органические молекулы, необходимые для построения клеточного материала и тканей, должны поступать из пищи. Во время пищеварения легкоусвояемые углеводы в конечном итоге расщепляются на глюкозу и используются для обеспечения энергией клеток организма. Сложные углеводы, в том числе полисахариды, могут расщепляться до глюкозы путем биохимической модификации; однако люди не производят фермент, необходимый для переваривания целлюлозы (клетчатки). Кишечная флора в кишечнике человека способна извлекать некоторое количество питательных веществ из этих растительных волокон. Эти растительные волокна известны как пищевые волокна и являются важным компонентом диеты. Избыток сахара в организме превращается в гликоген и сохраняется для последующего использования в печени и мышечной ткани.
Запасы гликогена используются для питания при длительных нагрузках, таких как бег на длинные дистанции, и для обеспечения энергией во время нехватки пищи. Жиры хранятся под кожей млекопитающих для изоляции и запасов энергии.
Белки в пище расщепляются во время пищеварения, и образующиеся аминокислоты всасываются. Все белки в организме должны быть образованы из этих аминокислот; никакие белки не получают непосредственно из пищи.
Жиры придают пище вкус и способствуют ощущению сытости или наполненности. Жирная пища также является важным источником энергии, а жирные кислоты необходимы для построения липидных мембран. Жиры также необходимы в рационе, чтобы способствовать усвоению жирорастворимых витаминов и выработке жирорастворимых гормонов.
Хотя организм животного может синтезировать многие молекулы, необходимые для функционирования, из предшественников, некоторые питательные вещества необходимо получать из пищи. Эти питательные вещества называются незаменимыми питательными веществами, что означает, что они должны быть съедены, потому что организм не может их производить.
Жирные кислоты омега-3 альфа-линоленовая кислота и омега-6 линолевая кислота являются незаменимыми жирными кислотами, необходимыми для производства некоторых мембранных фосфолипидов. Витамины — еще один класс незаменимых органических молекул, которые необходимы в небольших количествах. Многие из них помогают ферментам в их функционировании и по этой причине называются коферментами. Отсутствие или низкий уровень витаминов может иметь серьезные последствия для здоровья. Минералы — это еще один набор неорганических необходимых питательных веществ, которые необходимо получать из пищи. Минералы выполняют множество функций, от функции мышц и нервов до действия в качестве кофакторов ферментов. Некоторые аминокислоты также должны поступать с пищей и не могут быть синтезированы организмом. Эти аминокислоты являются «незаменимыми» аминокислотами. Организм человека может синтезировать только 11 из 20 необходимых аминокислот; остальное должно быть получено из пищи.
Ожирение
Учитывая высокие показатели ожирения в Соединенных Штатах, общественное здравоохранение уделяет особое внимание снижению ожирения и связанных с ним рисков для здоровья, включая диабет, рак толстой кишки и молочной железы, а также сердечно-сосудистые заболевания.
Как потребляемая пища способствует ожирению?
Жирные продукты калорийны, а это означает, что они содержат больше калорий на единицу массы, чем углеводы или белки. В одном грамме углеводов содержится четыре калории, в одном грамме белка — четыре калории, в одном грамме жира — девять калорий. Животные склонны искать пищу, богатую липидами, из-за их более высокого содержания энергии. Большее количество потребляемой пищи, чем требуется организму, приведет к накоплению избытка в жировых отложениях.
Избыток углеводов используется печенью для синтеза гликогена. Когда запасы гликогена заполнены, дополнительная глюкоза превращается в жирные кислоты. Эти жирные кислоты хранятся в клетках жировой ткани — жировых клетках в теле млекопитающих, основная роль которых заключается в хранении жира для последующего использования.
Уровень ожирения среди детей быстро растет в Соединенных Штатах. Чтобы бороться с детским ожирением и обеспечить детям здоровое начало жизни, в 2010 году первая леди Мишель Обама запустила инициативу Let’s Move! кампания.
Целью этой кампании является обучение родителей и опекунов вопросам обеспечения здорового питания и поощрения активного образа жизни в будущих поколениях. Эта программа направлена на вовлечение всего сообщества, включая родителей, учителей и медицинских работников, чтобы обеспечить детям доступ к здоровой пище — больше фруктов, овощей и цельного зерна — и потреблять меньше калорий из обработанных пищевых продуктов. Еще одной целью является обеспечение того, чтобы дети получали физическую активность. С увеличением количества просмотров телепередач и стационарных занятий, таких как видеоигры, малоподвижный образ жизни стал нормой. Посетите www.letsmove.gov, чтобы узнать больше.
Есть много органов, которые работают вместе, чтобы переваривать пищу и поглощать питательные вещества. Рот — это место приема пищи и место, где начинается как механическое, так и химическое расщепление пищи. Слюна содержит фермент амилазу, расщепляющий углеводы. Пищевой болюс проходит через пищевод за счет перистальтических движений в желудок.
Желудок имеет чрезвычайно кислую среду. Фермент пепсин переваривает белок в желудке. Дальнейшее переваривание и всасывание происходит в тонком кишечнике. Толстая кишка реабсорбирует воду из непереваренной пищи и хранит отходы до их выведения.
Углеводы, белки и жиры являются основными компонентами пищи. Некоторые необходимые питательные вещества необходимы для функционирования клеток, но не могут быть произведены организмом животного. К ним относятся витамины, минералы, некоторые жирные кислоты и некоторые аминокислоты. Прием пищи в количествах, превышающих необходимые, запасается в виде гликогена в клетках печени и мышц, а также в жировой ткани. Избыточное накопление жира может привести к ожирению и серьезным проблемам со здоровьем.
Глоссарийамилаза: фермент, содержащийся в слюне и секретируемый поджелудочной железой, который превращает углеводы в мальтозу
анус: место выхода из пищеварительной системы отходов жизнедеятельности
желчь: пищеварительный сок, вырабатываемый печенью; важен для переваривания липидов
болюс: масса пищи, образующаяся в результате жевания и смачивания слюной
толстая кишка: самая большая часть толстой кишки, состоящая из восходящей, поперечной и нисходящей ободочной кишки
химус: смесь частично переваренной пищи и желудочного сока
пищевод: трубчатый орган, соединяющий рот с желудком он должен быть получен из пищи
желчный пузырь: орган, в котором накапливается и концентрируется желчь
толстая кишка: орган пищеварительной системы, который реабсорбирует воду из непереваренного материала и перерабатывает отходы
печень: орган, вырабатывающий желчь для пищеварения и перерабатывающий витамины и липиды
минерал: неорганическая элементарная молекула, выполняющая важные функции в организме
полость рта: место поступления пищи в пищеварительную систему
поджелудочная железа: железа, выделяющая пищеварительные соки
пепсин: фермент желудка, основной ролью которого является переваривание белков
перистальтика: волнообразные движения мышечной ткани
прямая кишка: область тела, где фекалии накапливаются до выделения , смесь водянистой слизи и ферментов
тонкий кишечник: орган, в котором завершается переваривание белков, жиров и углеводов
желудок: мешковидный орган, содержащий кислые пищеварительные соки
витамин: органическое вещество, необходимое в небольших количествах для поддержания жизни
License
Concepts of Biology — 1st Canadian Edition Чарльза Молнара и Джейн Гейр распространяется по лицензии Creative Commons Attribution 4.
0 International License, если не указано иное.
Поделиться этой книгой
Поделиться в Твиттере
Схема пищеварительной системы, органы, функции и многое другое
Написано редакторами WebMD
В этой статье
- Что такое пищеварение?
- Путешествие пищи по пищеварительной системе
- Дополнительные органы пищеварения
«Просто ложка сахара…» — поется в песне. Но что происходит с этим сахаром, когда вы его проглатываете? В самом деле, как вы вообще можете это проглотить? Ваша пищеварительная система совершает удивительные подвиги каждый день, съедаете ли вы двойной чизбургер или стебель сельдерея. Читайте дальше, чтобы узнать, что именно происходит с пищей, когда она проходит через вашу пищеварительную систему.
Что такое пищеварение?
Пищеварение — это сложный процесс превращения пищи, которую вы едите, в питательные вещества, которые организм использует для получения энергии, роста и восстановления клеток, необходимых для выживания.
Процесс пищеварения также включает в себя создание отходов, которые необходимо устранить.
Пищеварительный тракт (или желудочно-кишечный тракт) представляет собой длинную извилистую трубку, которая начинается у рта и заканчивается анусом. Он состоит из ряда мышц, координирующих движение пищи, и других клеток, вырабатывающих ферменты и гормоны, способствующие расщеплению пищи. По пути другие «вспомогательные» органы, необходимые для пищеварения: печень и поджелудочная железа.
Путешествие пищи по пищеварительной системе
Остановка 1: Рот
Рот — это начало пищеварительной системы, и, по сути, пищеварение начинается здесь еще до того, как вы откусите первый кусочек еды. Запах пищи заставляет слюнные железы во рту выделять слюну, вызывая слезотечение. Когда вы действительно пробуете пищу, количество слюны увеличивается.
Как только вы начинаете жевать и разбивать пищу на кусочки, достаточно мелкие, чтобы их можно было переварить, в действие вступают другие механизмы.
Вырабатывается больше слюны. Он содержит вещества, в том числе ферменты, которые начинают процесс расщепления пищи в форму, которую ваше тело может усваивать и использовать. Больше пережевывайте пищу — это также помогает вашему пищеварению.
Остановка 2: Глотка и пищевод
Глотка, также называемая горлом, представляет собой часть пищеварительного тракта, куда поступает пища изо рта. От глотки ответвляются пищевод, по которому пища попадает в желудок, и трахея или дыхательное горло, по которому воздух поступает в легкие.
Акт глотания происходит в глотке частично рефлекторно и частично под произвольным контролем. Язык и мягкое небо — мягкая часть нёба — проталкивают пищу в глотку, закрывающую трахею. Затем пища попадает в пищевод.
Пищевод представляет собой мышечную трубку, отходящую от глотки и позади трахеи к желудку. Пища проталкивается через пищевод в желудок посредством серии сокращений, называемых перистальтикой.
Непосредственно перед входом в желудок находится важная кольцеобразная мышца, называемая нижним пищеводным сфинктером (НПС).
Этот сфинктер открывается, чтобы позволить пище пройти в желудок, и закрывается, чтобы удерживать ее там. Если ваш НПС не работает должным образом, вы можете страдать от состояния, называемого ГЭРБ, или рефлюкса, которое вызывает изжогу и регургитацию (ощущение, что пища возвращается обратно).
Остановка 3: Желудок и тонкая кишка
Желудок представляет собой мешкообразный орган с прочными мышечными стенками. Помимо удержания пищи, он служит миксером и измельчителем пищи. Желудок выделяет кислоту и мощные ферменты, которые продолжают процесс расщепления пищи и превращения ее в жидкую или пастообразную консистенцию. Оттуда пища попадает в тонкий кишечник. Между приемами пищи неразжижаемые остатки высвобождаются из желудка и направляются через остальную часть кишечника для устранения.
Тонкая кишка, состоящая из трех сегментов: двенадцатиперстной, тощей и подвздошной, также расщепляет пищу с помощью ферментов, выделяемых поджелудочной железой, и желчи из печени.
Тонкий кишечник является «рабочей лошадкой» пищеварения, так как именно здесь всасывается большинство питательных веществ. Перистальтика также работает в этом органе, перемещая пищу и смешивая ее с пищеварительными выделениями поджелудочной железы и печени, включая желчь. Двенадцатиперстная кишка в значительной степени отвечает за продолжающийся процесс распада, а тощая кишка и подвздошная кишка в основном отвечают за всасывание питательных веществ в кровоток.
Более техническое название этой части процесса — «подвижность», потому что она включает перемещение или опорожнение частиц пищи из одной части в другую. Этот процесс сильно зависит от активности большой сети нервов, гормонов и мышц. Проблемы с любым из этих компонентов могут вызвать различные состояния.
Пока пища находится в тонком кишечнике, питательные вещества всасываются через стенки и попадают в кровоток. То, что осталось (отходы), перемещается в толстую кишку (толстую кишку или толстую кишку).
Все, что находится выше толстой кишки, называется верхним отделом желудочно-кишечного тракта.
Все, включая толстую кишку и ниже, относится к нижнему отделу желудочно-кишечного тракта.
Остановка 4: толстая кишка, прямая кишка и анус
Толстая кишка представляет собой мышечную трубку длиной от пяти до семи футов, которая соединяет тонкую кишку с прямой кишкой. Она состоит из слепой кишки, восходящей (правой) ободочной кишки, поперечной (поперечной) ободочной кишки, нисходящей (левой) ободочной кишки и сигмовидной кишки, которая соединяется с прямой кишкой. Аппендикс представляет собой небольшую трубку, прикрепленную к восходящей ободочной кишке. Толстая кишка является узкоспециализированным органом, который отвечает за переработку отходов, чтобы дефекация (выведение отходов) была легкой и удобной.
Стул или отходы, оставшиеся после процесса пищеварения, проходят через толстую кишку посредством перистальтики, сначала в жидком состоянии, а затем в твердой форме. Когда стул проходит через толстую кишку, вся оставшаяся вода всасывается. Стул хранится в сигмовидной (S-образной) кишке до тех пор, пока «массовое движение» не опорожняет его в прямую кишку, обычно один или два раза в день.
Обычно стулу требуется около 36 часов, чтобы пройти через толстую кишку. Сам стул в основном состоит из остатков пищи и бактерий. Эти бактерии выполняют несколько полезных функций, таких как синтез различных витаминов, переработка продуктов жизнедеятельности и пищевых частиц, а также защита от вредоносных бактерий. Когда нисходящая ободочная кишка наполняется калом, она опорожняет свое содержимое в прямую кишку, чтобы начать процесс выведения.
Прямая кишка представляет собой восьмидюймовую полость, соединяющую толстую кишку с анусом. Прямая кишка:
- Получает стул из толстой кишки
- Сообщает пациенту, что есть стул, который необходимо эвакуировать
- Удерживает стул до момента эвакуации
Когда что-либо (газ или кал) попадает в прямую кишку, датчики посылают сообщение к мозгу. Затем мозг решает, можно ли выпустить ректальное содержимое или нет. Если это возможно, сфинктеры расслабляются, и прямая кишка сокращается, выталкивая свое содержимое.
Если содержимое не может быть изгнано, сфинктеры сокращаются, а прямая кишка приспосабливается, так что ощущение временно исчезает.
Анус является последней частью пищеварительного тракта. Он состоит из мышц, выстилающих таз (мышцы тазового дна), и двух других мышц, называемых анальными сфинктерами (внутреннего и внешнего).
Мышца тазового дна создает угол между прямой кишкой и анусом, который препятствует выходу стула, когда он не должен выходить. Анальные сфинктеры обеспечивают точный контроль стула. Внутренний сфинктер всегда напряжен, за исключением случаев, когда стул попадает в прямую кишку. Он удерживает нас (не выпуская стул), когда мы спим или иным образом не осознаем присутствие стула. Когда у нас возникает позыв к дефекации (сходить в туалет), мы полагаемся на наш внешний сфинктер, который удерживает стул до тех пор, пока мы не сможем добраться до туалета.
Вспомогательные органы пищеварения
Поджелудочная железа
Среди других функций поджелудочная железа является главным заводом пищеварительных ферментов, которые секретируются в двенадцатиперстную кишку, первый сегмент тонкой кишки.