16.2: Травна система

Всім живим організмам потрібні поживні речовини, щоб вижити. Хоча рослини можуть отримувати поживні речовини зі своїх коренів та енергетичних молекул, необхідних для клітинної функції, в процесі фотосинтезу, тварини отримують свої поживні речовини шляхом споживання інших організмів. На клітинному рівні біологічними молекулами, необхідними для функціонування тварин, є амінокислоти, молекули ліпідів, нуклеотиди, прості цукру. Однак споживана їжа складається з білка, жиру та складних вуглеводів. Тварини повинні перетворювати ці макромолекули в прості молекули, необхідні для підтримки клітинної функції. Перетворення споживаної їжі до необхідних поживних речовин - це багатоетапний процес, що включає травлення та всмоктування. Під час перетравлення частинки їжі розщеплюються до більш дрібних компонентів, які в подальшому засвоюються організмом. Відбувається це як фізичними засобами, такими як жування, так і хімічним шляхом.

Однією з проблем у харчуванні людини є підтримання балансу між споживанням їжі, зберіганням та витратами енергії. Взяття в їжу більшої кількості енергії, ніж використовується в діяльності, призводить до накопичення надлишку у вигляді жирових відкладень. Зростання ожиріння і в результаті таких захворювань, як діабет типу 2 робить розуміння ролі дієти і харчування в підтримці гарного здоров'я все більш важливим.

Травна система людини

Процес травлення починається в роті з прийомом їжі (рис. \(\PageIndex{1}\)). Зуби відіграють важливу роль у жуванні (жуванні) або фізичному розбитті їжі на більш дрібні частинки. Ферменти, присутні в слині, також починають хімічно розщеплювати їжу. Потім їжа ковтається і потрапляє в стравохід - довгу трубку, яка з'єднує рот зі шлунком. Використовуючи перистальтику, або хвилеподібні гладком'язові скорочення, м'язи стравоходу штовхають їжу до шлунка. Вміст шлунка надзвичайно кислий, рН становить від 1,5 до 2,5. Ця кислотність вбиває мікроорганізми, розщеплює тканини їжі, активізує травні ферменти. Подальший розпад їжі відбувається в тонкому кишечнику, де жовч, що виробляється печінкою, а ферменти, що виробляються тонким кишечником і підшлунковою залозою, продовжують процес травлення. Більш дрібні молекули всмоктуються в кровотік через епітеліальні клітини, що вистилають стінки тонкої кишки. Відходи переміщаються в товсту кишку, де вода всмоктується, а більш сухі відходи ущільнюються в кал; він зберігається, поки він не виводиться через задній прохід.

Малюнок \(\PageIndex{1}\): Показані компоненти травної системи людини.

Ротова порожнина

Як фізичне, так і хімічне травлення починається в роті або ротовій порожнині, що є точкою надходження їжі в травну систему. Їжа розбивається на більш дрібні частинки шляхом пережовування, жувальної дії зубів. Всі ссавці мають зуби і можуть пережовувати їжу, щоб почати процес фізичного розщеплення її на більш дрібні частинки.

Хімічний процес травлення починається під час жування, коли їжа змішується зі слиною, що виробляється слинними залозами (рис. \(\PageIndex{2}\)). Слина містить слиз, яка зволожує їжу і буферує рН їжі. Слина також містить лізоцим, який має антибактеріальну дію. Він також містить фермент, який називається амілазою слини, який починає процес перетворення крохмалів у їжі в дисахарид, який називається мальтозою. Інший фермент під назвою ліпаза виробляється клітинами на мові для розщеплення жирів. Жувальна та змочувальна дія, що забезпечується зубами та слиною, готують їжу до маси, яка називається болюсом для ковтання. Мова допомагає ковтати - переміщаючи болюс з рота в глотку. Глотка відкривається на два проходи: стравохід і трахею. Стравохід веде до шлунка, а трахея веде до легких. Надгортанник - клапоть тканини, яка покриває отвір трахеї під час ковтання, щоб запобігти потраплянню їжі в легені.

Малюнок \(\PageIndex{2}\): (а) Перетравлення їжі починається в роті. (b) Їжа жувальна зубами і змочується слиною, що виділяється з слинних залоз. Ферменти, що знаходяться в слині, починають перетравлювати крохмаль і жири. За допомогою мови утворився болюс переміщається в стравохід шляхом ковтання. (кредит: модифікація роботи Мар'яни Руїс Вільяреал)

Стравохід

Стравохід - трубчастий орган, який з'єднує рот зі шлунком. Пережована і розм'якшена їжа проходить через стравохід після проковтування. Гладкі м'язи стравоходу піддаються перистальтиці, яка штовхає їжу до шлунка. Перистальтична хвиля однонаправленна—вона переміщує їжу з рота в шлунок, і зворотний рух неможливий, за винятком блювотного рефлексу. Перистальтичний рух стравоходу - мимовільний рефлекс, він відбувається у відповідь на акт ковтання.

Кільцеподібні м'язи, звані сфінктерами, утворюють клапани в травній системі. Шлунково-стравохідний сфінктер (або кардіальний сфінктер) розташований на шлунковому кінці стравоходу. У відповідь на ковтання і тиск, який чинить болюс їжі, цей сфінктер відкривається, і болюс потрапляє в шлунок. Коли немає ковтальної дії, цей сфінктер закривається і заважає вмісту шлунка подорожувати вгору по стравоходу. Кислотний рефлюкс або «печія» виникає, коли кислі травні соки втечуть в стравохід.

Шлунок

Велика частина перетравлення білка відбувається в шлунку (рис. \(\PageIndex{4}\)). Шлунок - мішкоподібний орган, який виділяє шлункові травні соки.

Перетравлення білка здійснюється ферментом, який називається пепсином в камері шлунка. Сильнокисле середовище вбиває багато мікроорганізмів в їжі і в поєднанні з дією ферменту пепсину призводить до катаболізму білка в їжі. Хімічному травленню сприяє збиває дію шлунка, викликане скороченням і розслабленням гладкої мускулатури. Частково переварена суміш їжі і шлункового соку називається хімусом. Спорожнення шлунка відбувається протягом двох-шести годин після прийому їжі. Тільки невелика кількість хімусу виділяється в тонку кишку за один раз. Рух хімусу зі шлунка в тонку кишку регулюється гормонами, здуттям шлунка і м'язовими рефлексами, що впливають на пілоричний сфінктер.

Шлунок підкладка не впливає на пепсин і кислотність, тому що пепсин виділяється в неактивній формі, а шлунок має товсту слизову оболонку, яка захищає основну тканину.

Тонка кишка

Хімус переміщається зі шлунка в тонку кишку. Тонка кишка - це орган, де завершується перетравлення білка, жирів і вуглеводів. Тонка кишка - довгий трубкоподібний орган з сильно складчастою поверхнею, що містить пальцеподібні проекції, звані ворсинками. Верхня поверхня кожної ворсинки має безліч мікроскопічних виступів, званих мікроворсинками. Епітеліальні клітини цих структур поглинають поживні речовини з перевареної їжі і виділяють їх в кровотік з іншого боку. Ворсинки і мікроворсинки своїми численними складками збільшують площу поверхні тонкої кишки і підвищують ефективність всмоктування поживних речовин.

Тонка кишка людини має довжину понад 6 м (19,6 футів) і розділена на три частини: дванадцятипалу кишку, худу кишку та клубову кишку. Дванадцятипала кишка відділяється від шлунка пілоричним сфінктером. Хімус змішують з панкреатичними соками - лужним розчином, багатим бікарбонатом, який нейтралізує кислотність хімусу зі шлунка. Соки підшлункової залози містять кілька травних ферментів, які розщеплюють крохмалі, дисахариди, білки, жири. Жовч виробляється в печінці і зберігається і концентрується в жовчному міхурі; вона потрапляє в дванадцятипалу кишку через жовчні протоки. Жовч містить жовчні солі, які роблять ліпіди доступними для водорозчинних ферментів. Моносахариди, амінокислоти, жовчні солі, вітаміни та інші поживні речовини засвоюються клітинами кишкової оболонки.

Неперетравлена їжа направляється в товсту кишку з клубової кишки за допомогою перистальтичних рухів. Клубова кишка закінчується і товста кишка починається у ілеоцекального клапана. Червоподібний, «червоподібний», апендикс розташований у ілеоцекального клапана. Апендикс людини відіграє незначну роль в імунітеті.

Товста кишка

Товста кишка реабсорбує воду з неперетравлюваного харчового матеріалу і переробляє відпрацьований матеріал (рис. \(\PageIndex{3}\)). Товста кишка людини набагато менша в довжину в порівнянні з тонкою кишкою, але більша в діаметрі. Він має три частини: сліпу кишку, товсту кишку і пряму кишку. Сліпа кишка приєднується до клубової кишки до товстої кишки і є приймальним мішком для відходів. Товста кишка є домом для багатьох бактерій або «кишкової флори», які допомагають у травних процесах. Товста кишка має чотири області, висхідну ободову кишку, поперечно-ободову кишку, низхідну ободову кишку і сигмовидну кишку Основні функції товстої кишки - витягувати воду і мінеральні солі з неперетравленої їжі, а також зберігати відпрацьований матеріал.

Малюнок \(\PageIndex{3}\): Товста кишка реабсорбує воду з неперетравленої їжі і зберігає відходи до її усунення. (кредит: модифікація роботи Мар'яни Руїс Вільяреал)

Пряма кишка (рис. \(\PageIndex{3}\)) Зберігає кал аж до дефекації. Кал приводиться в рух за допомогою перистальтичних рухів під час елімінації. Анус - це отвір на дальньому кінці травного тракту і є точкою виходу відпрацьованого матеріалу. Два сфінктера регулюють вихід калу, внутрішній сфінктер мимовільний і зовнішній сфінктер добровільний.

Допоміжні органи

Органи, розглянуті вище, - це органи травного тракту, через які проходить їжа. Допоміжні органи додають виділення і ферменти, які розщеплюють їжу на поживні речовини. До допоміжних органів належать слинні залози, печінка, підшлункова залоза та жовчний міхур. Виділення печінки, підшлункової залози та жовчного міхура регулюються гормонами у відповідь на споживання їжі.

Печінка є найбільшим внутрішнім органом у людини, і вона відіграє важливу роль у перетравленні жирів та детоксикації крові. Печінка виробляє жовч, травний сік, який необхідний для розщеплення жирів в дванадцятипалій кишці. Печінка також переробляє поглинені вітаміни і жирні кислоти і синтезує багато білків плазми. Жовчний міхур - це невеликий орган, який допомагає печінці, зберігаючи жовч і концентруючи жовчні солі.

Підшлункова залоза виділяє бікарбонат, який нейтралізує кислий хімус і різноманітні ферменти для перетравлення білка і вуглеводів.

АРТ КОНК

Малюнок \(\PageIndex{4}\): У шлунку надзвичайно кисле середовище, де засвоюється велика частина білка. (кредит: модифікація роботи Мар'яни Руїс Вільяреал)

Яке з наведених нижче тверджень про травну систему є хибним?

1. Хімус - це суміш харчових і травних соків, яка виробляється в шлунку.
2. Їжа потрапляє в товстий кишечник раніше тонкого кишечника.
3. У тонкому кишечнику хімус змішується з жовчю, яка емульгує жири.
4. Шлунок відділяється від тонкої кишки пілоричним сфінктером.

Харчування

Раціон людини повинен бути добре збалансований, щоб забезпечити поживні речовини, необхідні для тілесної функції і мінералів і вітамінів, необхідних для підтримки структури і регулювання, необхідних для гарного здоров'я і репродуктивної здатності (рис \(\PageIndex{5}\)).

Малюнок \(\PageIndex{5}\): Для людини збалансоване харчування включає фрукти, овочі, зернові, білкові, молочні продукти. (кредит: USDA)

ПОНЯТТЯ В ДІЇ

Перегляньте цей інтерактивний веб-сайт Міністерства сільського господарства США , щоб дізнатись більше про кожну групу продуктів харчування та рекомендовані щоденні кількості.

Органічні молекули, необхідні для побудови клітинного матеріалу і тканин, повинні надходити з їжею. Під час травлення засвоювані вуглеводи в кінцевому підсумку розщеплюються на глюкозу і використовуються для забезпечення енергією всередині клітин організму. Складні вуглеводи, включаючи полісахариди, можуть бути розщеплені на глюкозу шляхом біохімічної модифікації; однак людина не виробляє фермент, необхідний для перетравлення целюлози (клітковини). Кишкова флора в кишечнику людини здатна витягувати деяке харчування з цих рослинних волокон. Ці рослинні волокна відомі як харчові волокна і є важливою складовою раціону. Надлишок цукрів в організмі перетворюється в глікоген і зберігається для подальшого використання в печінці та м'язовій тканині. Запаси глікогену використовуються для підживлення тривалих навантажень, таких як біг на великі відстані, та для забезпечення енергією під час дефіциту їжі. Жири зберігаються під шкірою ссавців для ізоляції і запасів енергії.

Білки в їжі розщеплюються під час травлення і отримані амінокислоти засвоюються. Всі білки в організмі повинні утворюватися з цих амінокислотних складових; ніякі білки не отримують безпосередньо з їжі.

Жири додають їжі аромат і сприяють відчуттю ситості або ситості. Жирна їжа також є значними джерелами енергії, а жирні кислоти необхідні для побудови ліпідних мембран. Жири також необхідні в раціоні, щоб сприяти засвоєнню жиророзчинних вітамінів і виробленню жиророзчинних гормонів.

Хоча організм тварини може синтезувати багато молекул, необхідних для функціонування від попередників, є деякі поживні речовини, які необхідно отримувати з їжі. Ці поживні речовини називаються необхідними поживними речовинами, тобто їх потрібно їсти, оскільки організм не може їх виробляти.

Жирні кислоти омега-3 альфа-ліноленова кислота і омега-6 лінолева кислота є незамінними жирними кислотами, необхідними для виготовлення деяких мембранних фосфоліпідів. Вітаміни - ще один клас необхідних органічних молекул, які потрібні в невеликих кількостях. Багато з них допомагають ферментів у їх функції і, з цієї причини, називаються коферментами. Відсутність або низький рівень вітамінів може різко позначитися на здоров'ї. Мінерали - ще один набір неорганічних необхідних поживних речовин, які необхідно отримувати з їжі. Мінерали виконують безліч функцій, від функції м'язів і нервів, до діючих в якості ферментних кофакторів. Деякі амінокислоти також повинні бути закуплені з їжі і не можуть бути синтезовані організмом. Ці амінокислоти є «незамінними» амінокислотами. Організм людини може синтезувати лише 11 з 20 необхідних амінокислот, решту необхідно отримувати з їжі.

БІОЛОГІЯ В ДІЇ: ожиріння

З ожирінням на високих показниках у Сполучених Штатах, громадське здоров'я зосереджується на зниженні ожиріння та пов'язаних з цим ризиків для здоров'я, які включають діабет, рак товстої кишки та молочної залози та серцево-судинні захворювання. Як споживана їжа сприяє ожирінню?

Жирна їжа калорійна, а це означає, що вони мають більше калорій на одиницю маси, ніж вуглеводи або білки. Один грам вуглеводів має чотири калорії, один грам білка - чотири калорії, а один грам жиру - дев'ять калорій. Тварини, як правило, шукають їжу, багату ліпідами, для їх більш високого вмісту енергії. Більша кількість їжі енергії, прийнятої в, ніж потреби організму призведе до зберігання надлишку в жирових відкладень.

Надлишок вуглеводів використовується печінкою для синтезу глікогену. Коли запаси глікогену заповнені, додаткова глюкоза перетворюється в жирні кислоти. Ці жирні кислоти зберігаються в клітині жирової тканини - жирові клітини в організмі ссавців, основна роль яких полягає в накопиченні жиру для подальшого використання.

У США стрімко зростає рівень ожиріння серед дітей. Для боротьби з дитячим ожирінням та забезпечення того, щоб діти отримали здоровий старт у житті, у 2010 році перша леді Мішель Обама запустила програму «Давайте рухатися! кампанія. Метою цієї кампанії є навчання батьків та вихователів щодо забезпечення здорового харчування та заохочення активного способу життя майбутніх поколінь. Ця програма має на меті залучити всю громаду, включаючи батьків, вчителів та медичних працівників, щоб забезпечити дітям доступ до здорової їжі - більше фруктів, овочів та цільних злаків, та споживати менше калорій з оброблених продуктів. Ще одна мета - домогтися того, щоб діти отримували фізичну активність. Зі збільшенням телевізійного перегляду та стаціонарних занять, таких як відеоігри, малорухливий спосіб життя став нормою. Відвідайте www.letsmove.gov щоб дізнатися більше.

Резюме

Є багато органів, які працюють разом, щоб перетравлювати їжу і засвоювати поживні речовини. Рот - це точка прийому всередину і місце, де починається як механічний, так і хімічний розпад їжі. Слина містить фермент під назвою амілаза, який розщеплює вуглеводи. Харчовий болюс подорожує по стравоходу перистальтичними рухами до шлунка. У шлунку надзвичайно кисле середовище. Фермент пепсин перетравлює білок в шлунку. Подальше перетравлення і всмоктування відбуваються в тонкому кишечнику. Товстий кишечник реабсорбує воду з неперетравленої їжі і зберігає відходи до виведення.

Вуглеводи, білки, жири є основними компонентами їжі. Деякі необхідні поживні речовини необхідні для клітинної функції, але не можуть бути вироблені організмом тварини. До них відносяться вітаміни, мінерали, деякі жирні кислоти, деякі амінокислоти. Прийом їжі в більш ніж необхідних кількостях зберігається як глікоген як в печінці і м'язових клітинках, так і в жировій тканині. Надмірне зберігання жирових відкладень може призвести до ожиріння і серйозних проблем зі здоров'ям.

Мистецькі зв'язки

Малюнок \(\PageIndex{4}\): Яке з наведених нижче тверджень про травну систему є хибним?

А. хімус - це суміш харчових і травних соків, яка виробляється в шлунку.
B. їжа потрапляє в товсту кишку раніше тонкої кишки.
У тонкому кишечнику хімус змішується з жовчю, яка емульгує жири.
Шлунок відділений від тонкої кишки пілоричним сфінктером.

Відповідь

Б

Глосарій

амілаза

фермент міститься в слині і виділяється підшлунковою залозою, яка перетворює вуглеводи в мальтозу

анус

точка виходу травної системи для відпрацьованого матеріалу

жовчі

травний сік, що виробляється печінкою; важливо для перетравлення ліпідів

болюс

маса їжі в результаті жувальної дії і змочування слиною

товста кишка

найбільша частина товстої кишки, що складається з висхідної ободової кишки, поперечно-ободової кишки та низхідної ободової кишки

хімус

суміш частково перевареної їжі і шлункових соків

стравохід

трубчастих органу, який з'єднує рот до шлунка

необхідна поживна речовина

поживна речовина, яка не може бути синтезована організмом; вона повинна бути отримана з їжі

жовчного міхура

орган, який зберігає і концентрує жовч

товста кишка

Орган травної системи, який реабсорбує воду з неперетравленого матеріалу і процесів відходів питання

печінки

орган, який виробляє жовч для травлення і процеси вітаміни і ліпіди

мінеральні

неорганічна, елементарна молекула, яка виконує важливу роль в організмі

ротова порожнина

точка надходження їжі в травну систему

підшлункова залоза

залоза, яка виділяє травних соків

пепсин

фермент, який міститься в шлунку, основна роль якого - перетравлення білка

перистальтика

хвилеподібні рухи м'язової тканини

пряма кишка

область тіла, де зберігаються фекалії до елімінації

слинна залоза

одна з трьох пар екзокринних залоз у роті ссавців, яка виділяє слину, суміш водянистої слизу та ферментів

тонкий кишечник

орган, де травлення білків, жирів і вуглеводів завершена

шлунок

мішкоподібний орган, що містить кислі травних соків

вітамін

органічні речовини, необхідні в невеликих кількостях для підтримки життя

Автори та атрибуції

• Template:ContribOpenStaxConcepts