Biología para Mayores II

Comparar y contrastar diferentes tipos de sistemas digestivos

Los animales obtienen su nutrición del consumo de otros organismos. Según su dieta, los animales pueden clasificarse en las siguientes categorías: los que comen plantas (herbívoros), los que comen carne (carnívoros) y los que comen tanto plantas como animales (omnívoros). Los nutrientes y las macromoléculas presentes en los alimentos no son inmediatamente accesibles para las células. Hay una serie de procesos que modifican los alimentos dentro del cuerpo animal para que los nutrientes y las moléculas orgánicas sean accesibles para la función celular. A medida que los animales fueron evolucionando en complejidad de forma y función, sus sistemas digestivos también han evolucionado para adaptarse a sus diversas necesidades dietéticas.

Herbívoros, Carnívoros y Omnívoros

Los herbívoros son animales cuya fuente de alimentación principal es de origen vegetal. Los ejemplos de herbívoros, como se muestra en la Figura 1, incluyen vertebrados como los ciervos, los koalas y algunas especies de aves, así como invertebrados como los grillos y las orugas. Estos animales han desarrollado sistemas digestivos capaces de manipular grandes cantidades de material vegetal. Los herbívoros pueden clasificarse en frugívoros (comedores de fruta), granívoros (comedores de semillas), necívoros (comedores de néctar) y folívoros (comedores de hojas).

Los carnívoros son animales que se alimentan de otros animales. La palabra carnívoro deriva del latín y significa literalmente «comedor de carne». Los felinos salvajes como los leones, mostrados en la Figura 2a y los tigres son ejemplos de carnívoros vertebrados, al igual que las serpientes y los tiburones, mientras que los carnívoros invertebrados incluyen las estrellas de mar, las arañas y las mariquitas, mostradas en la Figura 2b. Los carnívoros obligados son aquellos que dependen totalmente de la carne animal para obtener sus nutrientes; ejemplos de carnívoros obligados son los miembros de la familia de los felinos, como los leones y los guepardos. Los carnívoros facultativos son aquellos que, además de alimentos de origen animal, consumen también alimentos de origen no animal. Nótese que no hay una línea clara que diferencie a los carnívoros facultativos de los omnívoros; los perros se considerarían carnívoros facultativos.

Los omnívoros son animales que se alimentan tanto de plantas como de animales. En latín, omnívoro significa comer de todo. Los humanos, los osos (mostrados en la Figura 3a) y los pollos son ejemplos de vertebrados omnívoros; entre los invertebrados omnívoros están las cucarachas y los cangrejos de río (mostrados en la Figura 3b).

Sistemas digestivos de invertebrados

Los animales han desarrollado diferentes tipos de sistemas digestivos para ayudar a la digestión de los diferentes alimentos que consumen. El ejemplo más simple es el de una cavidad gastrovascular y se encuentra en organismos con una sola abertura para la digestión. Los platelmintos (gusanos planos), los ctenóforos (jaleas de peine) y los cnidarios (corales, medusas y anémonas de mar) utilizan este tipo de digestión. Las cavidades gastrovasculares, como se muestra en la figura 4a, suelen ser un tubo o cavidad ciega con una sola abertura, la «boca», que también sirve de «ano». El material ingerido entra en la boca y pasa a través de una cavidad tubular hueca. Las células de la cavidad segregan enzimas digestivas que descomponen el alimento. Las partículas de alimento son engullidas por las células que recubren la cavidad gastrovascular.

El canal alimentario, mostrado en la figura 4b, es un sistema más avanzado: consiste en un tubo con una boca en un extremo y un ano en el otro. Las lombrices de tierra son un ejemplo de animal con canal alimentario. Una vez que el alimento es ingerido por la boca, pasa por el esófago y se almacena en un órgano llamado buche; luego pasa a la molleja, donde es batido y digerido. Desde la molleja, el alimento pasa al intestino, se absorben los nutrientes y los desechos se eliminan en forma de heces, llamadas coladas, a través del ano.

Sistemas digestivos de los vertebrados

Los vertebrados han desarrollado sistemas digestivos más complejos para adaptarse a sus necesidades dietéticas. Algunos animales tienen un solo estómago, mientras que otros tienen estómagos de varias cámaras. Las aves han desarrollado un sistema digestivo adaptado a la ingesta de alimentos no masticados.

Monogástrico: estómago de una sola cámara

Como sugiere la palabra monogástrico, este tipo de sistema digestivo consta de una («mono») cámara estomacal («gástrica»). Los seres humanos y muchos animales tienen un sistema digestivo monogástrico, como se ilustra en las figuras 5a y 5b. El proceso de digestión comienza con la boca y la ingesta de alimentos. Los dientes desempeñan un papel importante en la masticación o descomposición física de los alimentos en partículas más pequeñas. Las enzimas presentes en la saliva también comienzan a descomponer químicamente los alimentos. El esófago es un tubo largo que conecta la boca con el estómago. Mediante el peristaltismo, o contracciones musculares lisas en forma de onda, los músculos del esófago empujan los alimentos hacia el estómago. Para acelerar la acción de las enzimas en el estómago, éste es un medio extremadamente ácido, con un pH entre 1,5 y 2,5. Los jugos gástricos, que incluyen enzimas en el estómago, actúan sobre las partículas de comida y continúan el proceso de digestión. La descomposición de los alimentos tiene lugar en el intestino delgado, donde las enzimas producidas por el hígado, el intestino delgado y el páncreas continúan el proceso de digestión. Los nutrientes se absorben en el torrente sanguíneo a través de las células epiteliales que recubren las paredes del intestino delgado. El material de desecho pasa al intestino grueso, donde se absorbe el agua y el material de desecho más seco se compacta en las heces; se almacena hasta que se excreta a través del recto.

Aves

Las aves se enfrentan a retos especiales a la hora de obtener la nutrición de los alimentos. No tienen dientes, por lo que su sistema digestivo, mostrado en la figura 6, debe ser capaz de procesar los alimentos no masticados. Las aves han desarrollado diversos tipos de pico que reflejan la gran variedad de su dieta, desde semillas e insectos hasta frutas y frutos secos. Como la mayoría de las aves vuelan, sus tasas metabólicas son elevadas para procesar eficazmente los alimentos y mantener un peso corporal bajo. El estómago de las aves tiene dos cámaras: el proventrículo, donde se producen los jugos gástricos para digerir la comida antes de que entre en el estómago, y la molleja, donde la comida se almacena, se empapa y se tritura mecánicamente. El material no digerido forma gránulos de alimento que a veces se regurgitan. La mayor parte de la digestión química y la absorción se produce en el intestino y los residuos se excretan a través de la cloaca.

En el sistema digestivo de las aves, el alimento pasa del buche al primero de los dos estómagos, llamado proventrículo, que contiene los jugos digestivos que descomponen el alimento. Desde el proventrículo, la comida entra en el segundo estómago, llamado molleja, que tritura los alimentos. Algunas aves tragan piedras o arenilla, que se almacenan en la molleja, para ayudar al proceso de trituración. Las aves no tienen orificios separados para excretar la orina y las heces. En su lugar, el ácido úrico de los riñones se segrega en el intestino grueso y se combina con los residuos del proceso digestivo. Estos residuos se excretan a través de una abertura llamada cloaca.

Los rumiantes

Los rumiantes son principalmente herbívoros como las vacas, las ovejas y las cabras, cuya dieta entera consiste en comer grandes cantidades de forraje o fibra. Han desarrollado sistemas digestivos que les ayudan a digerir grandes cantidades de celulosa. Una característica interesante de la boca de los rumiantes es que no tienen dientes incisivos superiores. Utilizan los dientes inferiores, la lengua y los labios para desgarrar y masticar los alimentos. Desde la boca, el alimento pasa al esófago y al estómago.

Para ayudar a digerir la gran cantidad de material vegetal, el estómago de los rumiantes es un órgano con varias cámaras, como se ilustra en la figura 7. Los cuatro compartimentos del estómago se denominan rumen, retículo, omaso y abomaso. Estas cámaras contienen muchos microbios que descomponen la celulosa y fermentan los alimentos ingeridos. El abomaso es el «verdadero» estómago y es el equivalente a la cámara estomacal monogástrica donde se secretan los jugos gástricos. La cámara gástrica de cuatro compartimentos proporciona un mayor espacio y el apoyo microbiano necesario para digerir el material vegetal en los rumiantes. El proceso de fermentación produce grandes cantidades de gas en la cámara gástrica, que debe ser eliminado. Al igual que en otros animales, el intestino delgado desempeña un papel importante en la absorción de nutrientes, y el intestino grueso ayuda en la eliminación de residuos.

Pseudoruminos

Algunos animales, como los camellos y las alpacas, son seudoruminos. Comen mucho material vegetal y forraje. La digestión de la materia vegetal no es fácil porque las paredes celulares de las plantas contienen la molécula de azúcar polimérica celulosa. Las enzimas digestivas de estos animales no pueden descomponer la celulosa, pero sí los microorganismos presentes en el sistema digestivo. Por lo tanto, el sistema digestivo debe ser capaz de manejar grandes cantidades de forraje y descomponer la celulosa. Los pseudoruminos tienen un estómago de tres cámaras en el sistema digestivo. Sin embargo, su ciego -un órgano en forma de bolsa al principio del intestino grueso que contiene muchos microorganismos necesarios para la digestión de materiales vegetales- es grande y es el lugar donde se fermentan y digieren los forrajes. Estos animales no tienen un rumen pero tienen un omaso, abomaso y retículo.

Partes del sistema digestivo

El sistema digestivo de los vertebrados está diseñado para facilitar la transformación de la materia alimenticia en los componentes nutritivos que sostienen a los organismos.

Cavidad oral

La cavidad oral, o boca, es el punto de entrada de los alimentos en el sistema digestivo, ilustrado en la figura 8. El alimento consumido se rompe en partículas más pequeñas mediante la masticación, la acción de masticar de los dientes. Todos los mamíferos tienen dientes y pueden masticar sus alimentos.

El extenso proceso químico de la digestión comienza en la boca. Mientras se mastica la comida, la saliva, producida por las glándulas salivales, se mezcla con los alimentos. La saliva es una sustancia acuosa producida en la boca de muchos animales. Hay tres glándulas principales que segregan saliva: la parótida, la submandibular y la sublingual. La saliva contiene moco que humedece los alimentos y amortigua el pH de los mismos. La saliva también contiene inmunoglobulinas y lisozimas, que tienen acción antibacteriana para reducir la caries dental al inhibir el crecimiento de algunas bacterias.

La saliva también contiene una enzima llamada amilasa salival que inicia el proceso de conversión de los almidones de los alimentos en un disacárido llamado maltosa. Otra enzima llamada lipasa es producida por las células de la lengua. Las lipasas son una clase de enzimas que pueden descomponer los triglicéridos. La lipasa lingual inicia la descomposición de los componentes grasos de los alimentos.

La acción de masticación y humectación que proporcionan los dientes y la saliva preparan los alimentos en una masa llamada bolo para su deglución. La lengua ayuda a tragar el bolo desde la boca hasta la faringe. La faringe se abre a dos vías: la tráquea, que conduce a los pulmones, y el esófago, que lleva al estómago. La tráquea tiene una abertura llamada glotis, que está cubierta por un colgajo cartilaginoso llamado epiglotis. Al tragar, la epiglotis cierra la glotis y los alimentos pasan al esófago y no a la tráquea. Esta disposición permite mantener los alimentos fuera de la tráquea.

Esófago

El esófago es un órgano tubular que conecta la boca con el estómago. Los alimentos masticados y ablandados pasan por el esófago después de ser tragados. Los músculos lisos del esófago experimentan una serie de movimientos ondulatorios denominados peristaltismo que empujan los alimentos hacia el estómago, como se ilustra en la figura 9. La onda de peristaltismo es unidireccional: mueve los alimentos desde la boca hasta el estómago, y no es posible el movimiento inverso. El movimiento peristáltico del esófago es un reflejo involuntario; tiene lugar en respuesta al acto de tragar.

Un músculo en forma de anillo llamado esfínter forma válvulas en el sistema digestivo. El esfínter gastroesofágico está situado en el extremo del estómago del esófago. En respuesta a la deglución y a la presión ejercida por el bolo alimenticio, este esfínter se abre y el bolo entra en el estómago. Cuando no hay acción de deglución, este esfínter se cierra e impide que el contenido del estómago suba por el esófago. Muchos animales tienen un verdadero esfínter; sin embargo, en los seres humanos no hay un verdadero esfínter, sino que el esófago permanece cerrado cuando no hay acción de deglución. El reflujo ácido o «acidez» se produce cuando los jugos digestivos ácidos se escapan hacia el esófago.

Estómago

Una gran parte de la digestión se produce en el estómago, mostrado en la figura 10. El estómago es un órgano en forma de saco que segrega jugos digestivos gástricos. El pH en el estómago está entre 1,5 y 2,5. Este entorno altamente ácido es necesario para la descomposición química de los alimentos y la extracción de nutrientes. Cuando está vacío, el estómago es un órgano bastante pequeño; sin embargo, puede expandirse hasta 20 veces su tamaño de reposo cuando se llena de comida. Esta característica es especialmente útil para los animales que necesitan comer cuando hay comida disponible.

El estómago es también el lugar principal para la digestión de las proteínas en los animales que no son rumiantes. La digestión de las proteínas está mediada por una enzima llamada pepsina en la cámara del estómago. La pepsina es secretada por las células principales del estómago en una forma inactiva llamada pepsinógeno. La pepsina rompe los enlaces peptídicos y escinde las proteínas en polipéptidos más pequeños; también ayuda a activar más pepsinógeno, iniciando un mecanismo de retroalimentación positiva que genera más pepsina. Otro tipo de células -las parietales- segregan iones de hidrógeno y cloruro, que se combinan en el lumen para formar ácido clorhídrico, el principal componente ácido de los jugos gástricos. El ácido clorhídrico ayuda a convertir el pepsinógeno inactivo en pepsina. El entorno altamente ácido también mata a muchos microorganismos de los alimentos y, combinado con la acción de la enzima pepsina, da lugar a la hidrólisis de las proteínas de los alimentos. La digestión química se ve facilitada por la acción de agitación del estómago. La contracción y relajación de los músculos lisos mezcla el contenido del estómago cada 20 minutos aproximadamente. La mezcla de alimentos parcialmente digeridos y jugo gástrico se llama quimo. El quimo pasa del estómago al intestino delgado. En el intestino delgado se produce una nueva digestión de las proteínas. El vaciado gástrico se produce entre dos y seis horas después de la comida. Sólo se libera una pequeña cantidad de quimo en el intestino delgado cada vez. El movimiento del quimo desde el estómago hacia el intestino delgado está regulado por el esfínter pilórico.

Cuando se digieren proteínas y algunas grasas, el revestimiento del estómago debe protegerse de ser digerido por la pepsina. Hay dos puntos a considerar cuando se describe cómo se protege el revestimiento del estómago. En primer lugar, como se mencionó anteriormente, la enzima pepsina se sintetiza en forma inactiva. Esto protege a las células principales, porque el pepsinógeno no tiene la misma funcionalidad enzimática de la pepsina. En segundo lugar, el estómago tiene un grueso revestimiento mucoso que protege el tejido subyacente de la acción de los jugos digestivos. Cuando este revestimiento mucoso se rompe, pueden formarse úlceras en el estómago. Las úlceras son heridas abiertas en o sobre un órgano causadas por bacterias (Helicobacter pylori) cuando el revestimiento mucoso se rompe y no se vuelve a formar.

Intestino delgado

El quimo pasa del estómago al intestino delgado. El intestino delgado es el órgano donde se completa la digestión de las proteínas, las grasas y los hidratos de carbono. El intestino delgado es un órgano largo en forma de tubo con una superficie muy plegada que contiene proyecciones en forma de dedos llamadas vellosidades. La superficie apical de cada vellosidad tiene muchas proyecciones microscópicas llamadas microvellosidades. Estas estructuras, ilustradas en la figura 11, están revestidas de células epiteliales en el lado luminal y permiten absorber los nutrientes de los alimentos digeridos y pasarlos al torrente sanguíneo en el otro lado. Las vellosidades y microvellosidades, con sus numerosos pliegues, aumentan la superficie del intestino y la eficacia de la absorción de los nutrientes. Los nutrientes absorbidos en la sangre son transportados a la vena porta hepática, que conduce al hígado. Allí, el hígado regula la distribución de los nutrientes al resto del organismo y elimina las sustancias tóxicas, incluidas las drogas, el alcohol y algunos patógenos.