Das Verdauungssystem besteht aus einer Reihe von Hohlorganen, die in einem langen, verdrehten Schlauch vom Mund bis zum Anus verbunden sind (siehe Abbildung 1). In dieser Röhre befindet sich eine Auskleidung, die Schleimhaut genannt wird. Im Mund, Magen und Dünndarm enthält die Schleimhaut winzige Drüsen, die Säfte produzieren, um die Verdauung von Nahrungsmitteln zu unterstützen.
Zwei feste Organe, die Leber und die Bauchspeicheldrüse, produzieren Verdauungssäfte, die durch Röhrchen in den Darm gelangen. Darüber hinaus spielen Teile anderer Organsysteme (z. B. Nerven und Blut) eine wichtige Rolle im Verdauungssystem.
Warum ist Verdauung wichtig
Wenn wir Brot, Fleisch und Gemüse essen, sind sie nicht in einer Form, die der Körper als Nahrung verwenden kann. Unser Essen und Trinken muss in kleinere Moleküle von Nährstoffen umgewandelt werden, bevor sie in das Blut aufgenommen und zu den Zellen im ganzen Körper transportiert werden können. Verdauung ist der Prozess, bei dem Nahrung und Getränke in ihre kleinsten Teile zerlegt werden, damit der Körper sie zum Aufbau und zur Ernährung von Zellen und zur Energieversorgung verwenden kann.
Wie wird Nahrung verdaut
Verdauung beinhaltet das Mischen von Nahrung, ihre Bewegung durch den Verdauungstrakt und den chemischen Abbau der großen Moleküle der Nahrung in kleinere Moleküle. Die Verdauung beginnt im Mund, wenn wir kauen und schlucken, und wird im Dünndarm abgeschlossen. Der chemische Prozess variiert etwas für verschiedene Arten von Lebensmitteln.
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Bewegung der Nahrung durch das System
Die großen Hohlorgane des Verdauungssystems enthalten Muskeln, die es ihren Wänden ermöglichen, sich zu bewegen. Die Bewegung der Organwände kann Nahrung und Flüssigkeit antreiben und den Inhalt in jedem Organ mischen.
Typische Bewegungen der Speiseröhre, des Magens und des Darms werden Peristaltik genannt. Die Wirkung der Peristaltik sieht aus wie eine Meereswelle, die sich durch den Muskel bewegt.
Der Muskel des Organs erzeugt eine Verengung und treibt dann den verengten Teil langsam die Länge des Organs hinunter. Diese Wellen der Verengung drücken die Nahrung und Flüssigkeit vor ihnen durch jedes Hohlorgan.
Die erste große Muskelbewegung tritt auf, wenn Nahrung oder Flüssigkeit verschluckt wird. Obwohl wir in der Lage sind, nach Wahl mit dem Schlucken zu beginnen, wird es, sobald das Schlucken beginnt, unwillkürlich und verläuft unter der Kontrolle der Nerven.
Die Speiseröhre ist das Organ, in das die verschluckte Nahrung geschoben wird. Es verbindet den Hals oben mit dem Magen unten. An der Verbindung von Speiseröhre und Magen befindet sich ein ringförmiges Ventil, das den Durchgang zwischen den beiden Organen verschließt. Wenn sich das Essen jedoch dem geschlossenen Ring nähert, entspannen sich die umgebenden Muskeln und lassen das Essen passieren.
Die Nahrung gelangt dann in den Magen, der drei mechanische Aufgaben hat. Zuerst muss der Magen die verschluckte Nahrung und Flüssigkeit speichern. Dies erfordert, dass sich der Muskel des oberen Teils des Magens entspannt und große Mengen verschluckten Materials aufnimmt.
Die zweite Aufgabe besteht darin, die vom Magen produzierte Nahrung, Flüssigkeit und den Verdauungssaft zu vermischen. Der untere Teil des Magens mischt diese Materialien durch seine Muskelwirkung. (Die Mischung wird als Chymus bezeichnet.)
Die dritte Aufgabe des Magens besteht darin, seinen Inhalt langsam in den Dünndarm zu entleeren.
Mehrere Faktoren beeinflussen die Entleerung des Magens, einschließlich der Art der Nahrung (hauptsächlich ihres Fett- und Proteingehalts) und des Grades der Muskelwirkung des sich entleerenden Magens und des nächsten Organs, das den Inhalt aufnimmt (des Dünndarms).
Wenn die Nahrung im Dünndarm verdaut und in den Säften von Bauchspeicheldrüse, Leber und Darm aufgelöst wird, wird der Darminhalt gemischt und nach vorne gedrückt, um eine weitere Verdauung zu ermöglichen.
Schließlich werden alle verdauten Nährstoffe durch die Darmwände aufgenommen. Die Abfallprodukte dieses Prozesses umfassen unverdaute Teile der Nahrung, die als Ballaststoffe bekannt sind, und ältere Zellen, die aus der Schleimhaut ausgeschieden wurden. Diese Materialien werden in den Dickdarm getrieben, wo sie normalerweise für ein oder zwei Tage verbleiben, bis der Kot durch Stuhlgang ausgestoßen wird.
Der Dünndarm / Darm
Die Mischung aus Nahrung, Flüssigkeit und Verdauungssaft (Chymus), die reguliert und kontrolliert aus dem Magen austritt, gelangt in den Dünndarm / Darm. Die durchschnittliche Gesamtlänge des normalen Dünndarms bei Erwachsenen beträgt etwa 7 Meter / 22 Fuß. Der Dünndarm hat 3 Segmente:
- der Zwölffingerdarm,
- das Jejunum und
- das Ileum.
Jeder Teil oder Abschnitt spielt eine wichtige Rolle bei der Nährstoffaufnahme.
Zwölffingerdarm – Der Speisebrei tritt zuerst in den Zwölffingerdarm ein, wo er Sekreten ausgesetzt ist, die die Verdauung unterstützen. Die Sekrete umfassen Gallensalze, Enzyme und Bicarbonat. Die Gallensalze aus der Leber helfen bei der Verdauung von Fetten und fettlöslichen Vitaminen (Vitamin A, D, E und K). Pankreasenzyme helfen bei der Verdauung von Kohlenhydraten und Fetten. Bicarbonat aus der Bauchspeicheldrüse neutralisiert die Säure aus dem Magen.
Jejunum – Der Speisebrei wird dann weiter in den zweiten oder mittleren Teil des Dünndarms, das Jejunum, transportiert. Hauptsächlich in der ersten Hälfte des Jejunums erfolgt der Großteil (etwa 90%) der Nährstoffaufnahme mit Proteinen, Kohlenhydraten, Vitaminen und Mineralstoffen.
Ileum – Das Ileum ist der letzte Abschnitt des Dünndarms und führt zum Dickdarm oder Dickdarm. Das Ileum absorbiert hauptsächlich Wasser, Gallensalze und Vitamin B12.
Die Ileozökalklappe ist ein Einwegventil, das sich zwischen dem Ileum und dem Blinddarm befindet, dem ersten Teil des Dickdarms. Dieses Ventil hilft, den Durchgang von Inhalten in den Dickdarm zu kontrollieren und erhöht die Kontaktzeit von Nährstoffen und Elektrolyten (essentiellen Mineralien) mit dem Dünndarm. Es verhindert auch den Rückfluss (Reflux) vom Dickdarm in das Ileum und hilft, die Bewegung von Bakterien vom Dickdarm in den Dünndarm zu minimieren.
Der Dickdarm / Darm oder Dickdarm
Die Hauptfunktion des Dickdarms oder Dickdarms besteht darin, Flüssigkeiten und Elektrolyte, insbesondere Natrium und Kalium, aufzunehmen und den verbleibenden Luminalinhalt in einen festeren Stuhl umzuwandeln.
Der Dickdarm absorbiert durchschnittlich 1-1,5 Liter (etwa 1-1,5 Liter) Flüssigkeit pro Tag und kann seine Flüssigkeitsaufnahme bei Bedarf auf bis zu 5 Liter / Liter pro Tag anpassen.
Eine weitere Funktion des Dickdarms besteht darin, Ballaststoffe abzubauen (zu fermentieren), um kurzkettige Fettsäuren zu produzieren – Substanzen, die absorbiert werden können und zusätzliche Nahrung liefern.
Der erste Teil des Dickdarms, der Blinddarm, hat die Form eines Beutels und ist der Aufbewahrungsort für den Inhalt, der aus dem Ileum kommt. Der zweite Teil ist der aufsteigende Dickdarm, wo Flüssigkeiten absorbiert werden und wo eine Stuhlbildung beginnt.
Produktion von Verdauungssäften
Die Drüsen, die zuerst wirken, befinden sich im Mund – den Speicheldrüsen. Speichel, der von diesen Drüsen produziert wird, enthält ein Enzym, das beginnt, die Stärke aus der Nahrung in kleinere Moleküle zu verdauen.
Der nächste Satz von Verdauungsdrüsen befindet sich in der Magenschleimhaut. Sie produzieren Magensäure und ein Enzym, das Protein verdaut. Eines der ungelösten Rätsel des Verdauungssystems ist, warum der saure Saft des Magens das Gewebe des Magens selbst nicht auflöst. Bei den meisten Menschen kann die Magenschleimhaut dem Saft widerstehen, obwohl Nahrung und andere Körpergewebe dies nicht können.
Nachdem der Magen die Mischung aus Nahrung und Saft in den Dünndarm entleert hat, vermischen sich die Säfte zweier anderer Verdauungsorgane mit der Nahrung, um den Verdauungsprozess fortzusetzen.
Eines dieser Organe ist die Bauchspeicheldrüse. Es produziert einen Saft, der eine breite Palette von Enzymen enthält, um die Kohlenhydrate, Fette und Proteine in Lebensmitteln abzubauen. Andere Enzyme, die dabei aktiv sind, stammen aus Drüsen in der Darmwand oder sogar einem Teil dieser Wand.
Die Leber produziert noch einen weiteren Verdauungssaft – Galle. Die Galle wird zwischen den Mahlzeiten in der Gallenblase gespeichert. Zu den Mahlzeiten wird es aus der Gallenblase in die Gallenwege gepresst, um den Darm zu erreichen und sich mit dem Fett in unserer Nahrung zu vermischen.
Die Gallensäuren lösen das Fett in den wässrigen Inhalt des Darms auf, ähnlich wie Waschmittel, die Fett aus einer Bratpfanne auflösen. Nachdem das Fett aufgelöst ist, wird es durch Enzyme aus der Bauchspeicheldrüse und der Darmschleimhaut verdaut.
Absorption und Transport von Nährstoffen
Verdaute Nahrungsmoleküle sowie Wasser und Mineralien aus der Nahrung werden aus der Höhle des oberen Dünndarms absorbiert. Die meisten absorbierten Materialien durchqueren die Schleimhaut in das Blut und werden im Blutkreislauf zu anderen Teilen des Körpers zur Lagerung oder weiteren chemischen Veränderung transportiert. Wie bereits erwähnt, variiert dieser Teil des Prozesses mit verschiedenen Arten von Nährstoffen.
Kohlenhydrate
Es wird empfohlen, dass etwa 55 bis 60 Prozent der gesamten täglichen Kalorien aus Kohlenhydraten stammen. Einige unserer häufigsten Lebensmittel enthalten hauptsächlich Kohlenhydrate. Beispiele sind Brot, Kartoffeln, Hülsenfrüchte, Reis, Spaghetti, Obst und Gemüse. Viele dieser Lebensmittel enthalten sowohl Stärke als auch Ballaststoffe.
Die verdaulichen Kohlenhydrate werden durch Enzyme im Speichel, im von der Bauchspeicheldrüse produzierten Saft und in der Auskleidung des Dünndarms in einfachere Moleküle zerlegt.
Stärke wird in zwei Schritten verdaut: Zuerst bricht ein Enzym im Speichel und Pankreassaft die Stärke in Moleküle, die Maltose genannt werden; dann spaltet ein Enzym in der Auskleidung des Dünndarms (Maltase) die Maltose in Glukosemoleküle, die ins Blut aufgenommen werden können.
Glukose wird durch den Blutkreislauf in die Leber transportiert, wo sie gespeichert oder verwendet wird, um Energie für die Arbeit des Körpers bereitzustellen.
Tafelzucker ist ein weiteres Kohlenhydrat, das verdaut werden muss, um nützlich zu sein. Ein Enzym in der Auskleidung des Dünndarms verdaut Tafelzucker zu Glukose und Fruktose, von denen jede aus der Darmhöhle in das Blut aufgenommen werden kann. Milch enthält noch eine andere Art von Zucker, Laktose, die durch ein Enzym namens Laktase, das auch in der Darmschleimhaut vorkommt, in resorbierbare Moleküle umgewandelt wird.
Protein
Lebensmittel wie Fleisch, Eier und Bohnen bestehen aus riesigen Proteinmolekülen, die von Enzymen verdaut werden müssen, bevor sie zum Aufbau und zur Reparatur von Körpergewebe verwendet werden können. Ein Enzym im Magensaft beginnt die Verdauung des geschluckten Proteins.
Die weitere Verdauung des Proteins ist im Dünndarm abgeschlossen. Hier führen mehrere Enzyme aus dem Pankreassaft und der Darmschleimhaut den Abbau riesiger Proteinmoleküle in kleine Moleküle durch, die Aminosäuren genannt werden. Diese kleinen Moleküle können aus der Dünndarmhöhle in das Blut aufgenommen und dann in alle Körperteile transportiert werden, um die Wände und andere Teile der Zellen aufzubauen.
Fette
Fettmoleküle sind eine reichhaltige Energiequelle für den Körper. Der erste Schritt bei der Verdauung eines Fettes wie Butter besteht darin, es in den wässrigen Inhalt der Darmhöhle aufzulösen.
Die von der Leber produzierten Gallensäuren wirken als natürliche Detergenzien, um Fett in Wasser aufzulösen, und ermöglichen es den Enzymen, die großen Fettmoleküle in kleinere Moleküle zu zerlegen, von denen einige Fettsäuren und Cholesterin sind. Die Gallensäuren verbinden sich mit den Fettsäuren und dem Cholesterin und helfen diesen Molekülen, in die Zellen der Schleimhaut zu gelangen.
In diesen Zellen werden die kleinen Moleküle wieder zu großen Molekülen geformt, von denen die meisten in Gefäße (Lymphgefäße genannt) in der Nähe des Darms gelangen. Diese kleinen Gefäße tragen das reformierte Fett zu den Venen der Brust, und das Blut trägt das Fett zu Speicherdepots in verschiedenen Teilen des Körpers.
Vitamine
Ein weiterer wichtiger Teil unserer Nahrung, der aus dem Dünndarm aufgenommen wird, ist die Klasse der Chemikalien, die wir Vitamine nennen. Die zwei verschiedenen Arten von Vitaminen werden nach der Flüssigkeit klassifiziert, in der sie gelöst werden können: wasserlösliche Vitamine (alle B-Vitamine und Vitamin C) und fettlösliche Vitamine (Vitamine A, D, E und K).
Wasser und Salz. Das meiste Material, das aus der Höhle des Dünndarms absorbiert wird, ist Wasser, in dem Salz gelöst ist. Das Salz und Wasser kommen aus der Nahrung und Flüssigkeit, die wir schlucken, und den Säften, die von den vielen Verdauungsdrüsen abgesondert werden.
Wie wird der Verdauungsprozess kontrolliert?
Hormonregulatoren
Ein faszinierendes Merkmal des Verdauungssystems ist, dass es seine eigenen Regulatoren enthält. Die wichtigsten Hormone, die die Funktionen des Verdauungssystems steuern, werden von Zellen in der Schleimhaut des Magens und des Dünndarms produziert und freigesetzt.
Diese Hormone werden in das Blut des Verdauungstraktes freigesetzt, wandern zurück zum Herzen und durch die Arterien und kehren zum Verdauungssystem zurück, wo sie Verdauungssäfte stimulieren und Organbewegungen verursachen.
Die Hormone, die die Verdauung steuern, sind Gastrin, Sekretin und Cholecystokinin (CCK):
- Gastrin bewirkt, dass der Magen eine Säure zum Auflösen und Verdauen einiger Lebensmittel produziert. Es ist auch notwendig für das normale Wachstum der Auskleidung des Magens, Dünndarms und Dickdarms.
- Sekretin bewirkt, dass die Bauchspeicheldrüse einen Verdauungssaft aussendet, der reich an Bicarbonat ist. Es regt den Magen an, Pepsin zu produzieren, ein Enzym, das Protein verdaut, und es regt auch die Leber an, Galle zu produzieren.
- CCK bewirkt, dass die Bauchspeicheldrüse wächst und die Enzyme des Pankreassaftes produziert, und die Gallenblase entleert sich.
Zusätzliche Hormone im Verdauungssystem regulieren den Appetit:
- Ghrelin wird im Magen und oberen Darm in Abwesenheit von Nahrung im Verdauungssystem produziert und regt den Appetit an.
- Peptid YY wird im Magen-Darm-Trakt als Reaktion auf eine Mahlzeit im System produziert und hemmt den Appetit.
Beide Hormone wirken auf das Gehirn, um die Nahrungsaufnahme für Energie zu regulieren.
Nervenregulatoren
Zwei Arten von Nerven helfen, die Wirkung des Verdauungssystems zu kontrollieren – extrinsische und intrinsische Nerven.
Extrinsische (äußere) Nerven kommen vom unbewussten Teil des Gehirns oder vom Rückenmark zu den Verdauungsorganen. Sie setzen eine Chemikalie namens Acetylcholin und eine andere namens Adrenalin frei. Acetylcholin bewirkt, dass der Muskel der Verdauungsorgane mit mehr Kraft drückt und den „Schub“ von Nahrung und Saft durch den Verdauungstrakt erhöht. Acetylcholin bewirkt auch, dass Magen und Bauchspeicheldrüse mehr Verdauungssaft produzieren. Adrenalin entspannt die Muskeln des Magens und des Darms und verringert den Blutfluss zu diesen Organen.
Noch wichtiger sind jedoch die intrinsischen (inneren) Nerven, die ein sehr dichtes Netzwerk bilden, das in die Wände der Speiseröhre, des Magens, des Dünndarms und des Dickdarms eingebettet ist. Die intrinsischen Nerven werden ausgelöst, wenn die Wände der Hohlorgane durch Nahrung gedehnt werden. Sie setzen viele verschiedene Substanzen frei, die die Bewegung von Nahrungsmitteln und die Produktion von Säften durch die Verdauungsorgane beschleunigen oder verzögern.