Biológia szakos hallgatóknak II

Az emésztőrendszerek különböző típusainak összehasonlítása és szembeállítása

Az állatok táplálékukat más élőlények fogyasztásából nyerik. Táplálkozásuktól függően az állatok a következő kategóriákba sorolhatók: növényevők (növényevők), húsevők (húsevők), valamint azok, amelyek növényeket és állatokat egyaránt fogyasztanak (mindenevők). A táplálékban található tápanyagok és makromolekulák nem azonnal hozzáférhetőek a sejtek számára. Számos folyamat van, amely az állati szervezetben módosítja a táplálékot annak érdekében, hogy a tápanyagok és szerves molekulák hozzáférhetővé váljanak a sejtműködés számára. Ahogy az állatok alakjuk és működésük összetettsége fejlődött, emésztőrendszerük is fejlődött, hogy megfeleljen a különböző táplálkozási igényeiknek.

Herbivorok, Húsevők és mindenevők

A növényevők olyan állatok, amelyek elsődleges táplálékforrása növényi eredetű. A növényevők közé tartoznak például az 1. ábrán látható gerincesek, mint a szarvasok, koalák és egyes madárfajok, valamint a gerinctelenek, mint a tücskök és hernyók. Ezek az állatok olyan emésztőrendszert fejlesztettek ki, amely képes nagy mennyiségű növényi anyagot feldolgozni. A növényevők tovább osztályozhatók frugivore (gyümölcsevők), granivore (magevők), nectivore (nektárevők) és folivore (levélevők) csoportokba.

A húsevők olyan állatok, amelyek más állatokat esznek. A húsevő szó a latinból származik, és szó szerint “húsevőt” jelent. A vadmacskák, például a 2a. ábrán látható oroszlánok és a tigrisek példák a gerinces húsevőkre, akárcsak a kígyók és a cápák, míg a gerinctelen húsevők közé tartoznak a tengeri csillagok, a pókok és a katicabogarak, amelyeket a 2b. ábra mutat. Kötelező húsevők azok, amelyek tápanyagellátásukhoz teljes mértékben állati húsra támaszkodnak; a kötelező húsevők közé tartoznak például a macskafélék családjának tagjai, például az oroszlánok és a gepárdok. A fakultatív húsevők azok, amelyek az állati táplálék mellett nem állati eredetű táplálékot is fogyasztanak. Megjegyzendő, hogy nincs egyértelmű határvonal, amely megkülönbözteti a fakultatív húsevőket a mindenevőktől; a kutyák fakultatív húsevőknek számítanak.

Az omnivorok olyan állatok, amelyek növényi és állati eredetű táplálékot egyaránt fogyasztanak. Latinul a mindenevő azt jelenti, hogy mindent megeszik. Az ember, a medve (a 3a. ábrán látható) és a csirke példa a gerinces mindenevőkre; a gerinctelen mindenevők közé tartoznak a csótányok és a rákok (a 3b. ábrán látható).

Félék nélküli állatok emésztőrendszere

Az állatok különböző típusú emésztőrendszereket fejlesztettek ki, hogy segítsék a különböző táplálékok megemésztését. A legegyszerűbb példa a gasztrovaszkuláris üreg, és olyan élőlényeknél található, amelyeknek csak egy nyílásuk van az emésztéshez. A Platyhelminthesák (laposférgek), a Ctenophora (fésűkocsonyák) és a Cnidaria (korallok, medúzák és tengeri anemónák) használják ezt a fajta emésztést. A 4a. ábrán látható gasztrovaszkuláris üregek jellemzően egy vak cső vagy üreg, egyetlen nyílással, a “szájjal”, amely egyben “végbélnyílásként” is szolgál. A lenyelt anyag a szájba kerül, és egy üreges, csőszerű üregben halad át. Az üregben lévő sejtek emésztőenzimeket választanak ki, amelyek lebontják a táplálékot. A táplálékrészecskéket a gasztrovaszkuláris üreget bélelő sejtek elnyelik.

A 4b. ábrán látható tápcsatorna egy fejlettebb rendszer: egyetlen csőből áll, amelynek egyik végén száj, a másik végén pedig végbélnyílás található. A földigiliszták példa a tápcsatornával rendelkező állatokra. Miután a táplálékot a szájon keresztül felvettük, az a nyelőcsövön keresztül halad át, és a termésnek nevezett szervben tárolódik; ezután a bélsárba kerül, ahol felpörgetik és megemésztik. A gyomorból a táplálék áthalad a beleken, a tápanyagok felszívódnak, a salakanyag pedig a végbélen keresztül ürülékként, úgynevezett ürülékként távozik.

Vertebraták emésztőrendszere

A gerincesek bonyolultabb emésztőrendszert fejlesztettek ki, hogy alkalmazkodjanak táplálkozási igényeikhez. Egyes állatoknak egyetlen gyomruk van, míg másoknak többkamrás gyomruk. A madarak a rágatlan táplálék fogyasztásához alkalmazkodott emésztőrendszert fejlesztettek ki.

Monogasztrikus: egykamrás gyomor

Amint a monogasztrikus szó is sugallja, ez a fajta emésztőrendszer egyetlen (“mono”) gyomorkamrából (“gyomor”) áll. Az embereknek és sok állatnak monogasztrikus emésztőrendszere van, amint azt az 5a. és 5b. ábra szemlélteti. Az emésztés folyamata a szájjal és a táplálék felvételével kezdődik. A fogak fontos szerepet játszanak a rágásban (rágás), vagyis a táplálék kisebb részecskékre való fizikai bontásában. A nyálban lévő enzimek szintén megkezdik a táplálék kémiai lebontását. A nyelőcső egy hosszú cső, amely a szájat a gyomorral köti össze. A nyelőcső izmai perisztaltikával, azaz hullámszerű simaizom-összehúzódásokkal tolják az ételt a gyomor felé. A gyomorban lévő enzimek hatásának felgyorsítása érdekében a gyomor rendkívül savas környezet, amelynek pH-ja 1,5 és 2,5 között van. A gyomornedv, amely a gyomorban lévő enzimeket tartalmazza, hat a táplálékrészecskékre, és folytatja az emésztési folyamatot. A táplálék további lebontása a vékonybélben történik, ahol a máj, a vékonybél és a hasnyálmirigy által termelt enzimek folytatják az emésztés folyamatát. A tápanyagok a vékonybél falát bélelő hámsejteken keresztül felszívódnak a véráramba. A salakanyag továbbutazik a vastagbélbe, ahol a víz felszívódik, és a szárazabb salakanyag székletbe tömörül; a végbélen keresztül történő kiválasztásig tárolódik.

Madarak

A madaraknak különleges kihívásokkal kell szembenézniük, amikor a táplálékból származó tápanyaghoz jutnak. Nincsenek fogaik, ezért a 6. ábrán látható emésztőrendszerüknek képesnek kell lennie a meg nem rágott táplálék feldolgozására. A madarak különböző csőrtípusokat fejlesztettek ki, amelyek tükrözik táplálékuk hatalmas változatosságát, a magvaktól és rovaroktól kezdve a gyümölcsökig és diófélékig. Mivel a legtöbb madár repül, anyagcseréjük magas, hogy hatékonyan feldolgozzák a táplálékot és alacsonyan tartsák testsúlyukat. A madarak gyomrának két kamrája van: a proventriculus, ahol a gyomornedv termelődik a táplálék megemésztéséhez, mielőtt az a gyomorba kerülne, és az emésztőgége, ahol a táplálékot tárolják, beáztatják és mechanikusan őrlik. Az emésztetlen anyagból táplálékszemcsék keletkeznek, amelyeket néha felöklendeznek. A kémiai emésztés és felszívódás nagy része a bélben történik, a salakanyag pedig a kloákán keresztül ürül ki.

A madarak emésztőrendszerében a táplálék a termésből a két gyomor közül az elsőbe, az úgynevezett proventriculusba jut, amely a táplálékot lebontó emésztőnedveket tartalmazza. A proventriculusból a táplálék a második gyomorba, az úgynevezett zúzógyomorba kerül, amely őrli a táplálékot. Egyes madarak a darálási folyamat elősegítése érdekében köveket vagy szemcséket nyelnek le, amelyeket a köldökcsatornában tárolnak. A madaraknak nincsenek külön nyílásaik a vizelet és az ürülék kiválasztására. Ehelyett a vesékből származó húgysav a vastagbélbe ürül, és egyesül az emésztési folyamatból származó hulladékkal. Ezt a hulladékot a kloákának nevezett nyíláson keresztül választják ki.

Kérődzők

A kérődzők főként növényevők, mint a tehenek, juhok és kecskék, amelyek teljes étrendje nagy mennyiségű nyersanyag vagy rost elfogyasztásából áll. Olyan emésztőrendszerük fejlődött ki, amely segíti őket a nagy mennyiségű cellulóz megemésztésében. A kérődzők szájának érdekes jellemzője, hogy nincsenek felső metszőfogaik. Az alsó fogaikat, a nyelvüket és az ajkaikat használják a táplálék széttépésére és megrágására. A szájból a táplálék a nyelőcsőbe és onnan a gyomorba jut.

A nagy mennyiségű növényi anyag megemésztésének elősegítése érdekében a kérődzők gyomra többkamrás szerv, amint azt a 7. ábra szemlélteti. A gyomor négy rekeszét bendőnek, retikulumnak, omasumnak és abomasumnak nevezik. Ezek a kamrák számos mikrobát tartalmaznak, amelyek lebontják a cellulózt és erjesztik a bevitt táplálékot. Az abomasum az “igazi” gyomor, és a monogasztrikus gyomorkamra megfelelője, ahol a gyomornedvek kiválasztódnak. A négyrekeszes gyomorkamra nagyobb teret és a kérődzőkben a növényi anyagok megemésztéséhez szükséges mikrobiális támogatást biztosít. Az erjedési folyamat során nagy mennyiségű gáz keletkezik a gyomorkamrában, amelyet ki kell üríteni. Más állatokhoz hasonlóan a vékonybél fontos szerepet játszik a tápanyagok felszívódásában, a vastagbél pedig a salakanyagok eltávolításában segít.

Az álkérődzők

Egyes állatok, például a tevék és az alpakák, álkérődzők. Sok növényi anyagot és nyers takarmányt esznek. A növényi anyagok megemésztése nem könnyű, mert a növényi sejtfalak a polimer cukormolekulát, a cellulózt tartalmazzák. Ezen állatok emésztőenzimei nem képesek lebontani a cellulózt, de az emésztőrendszerben jelen lévő mikroorganizmusok igen. Ezért az emésztőrendszernek képesnek kell lennie nagy mennyiségű durva takarmány feldolgozására és a cellulóz lebontására. Az álkérődzők emésztőrendszerében háromkamrás gyomor található. Azonban a vastagbél – a vastagbél elején lévő tasakos szerv, amely számos, a növényi anyagok emésztéséhez szükséges mikroorganizmust tartalmaz – nagy, és ez az a hely, ahol a nyers takarmány erjed és megemésztődik. Ezeknek az állatoknak nincs bendőjük, de van omasumuk, abomasumuk és retikulumuk.

Az emésztőrendszer részei

A gerincesek emésztőrendszerét úgy tervezték, hogy megkönnyítse a táplálékanyag átalakulását a szervezeteket fenntartó tápanyag-összetevőkké.

Szájüreg

A szájüreg, vagy száj, a tápláléknak az emésztőrendszerbe való belépési pontja, amelyet a 8. ábra szemléltet. Az elfogyasztott táplálékot a rágás, a fogak rágó tevékenysége révén kisebb részecskékre bontjuk. Minden emlősnek van foga, és képes megrágni a táplálékát.

Az emésztés kiterjedt kémiai folyamata a szájban kezdődik. Az étel rágása közben a nyálmirigyek által termelt nyál keveredik az étellel. A nyál sok állat szájában termelődő vizes anyag. Három fő nyálelválasztó mirigy van: a fültőmirigy, a nyelv alatti mirigy és a nyelv alatti mirigy. A nyál nyálkát tartalmaz, amely nedvesíti a táplálékot és puffereli a táplálék pH-értékét. A nyál tartalmaz továbbá immunglobulinokat és lizozimeket, amelyek antibakteriális hatásúak, és egyes baktériumok növekedésének gátlásával csökkentik a fogszuvasodást.

A nyál tartalmaz egy nyálamiláz nevű enzimet is, amely megkezdi az ételben lévő keményítőnek a maltóz nevű diszachariddá történő átalakítását. Egy másik enzimet, a lipázt a nyelv sejtjei termelik. A lipázok az enzimek egy olyan osztályába tartoznak, amelyek képesek lebontani a triglicerideket. A nyelvi lipáz kezdi meg az ételben lévő zsírkomponensek lebontását.

A fogak és a nyál által biztosított rágás és nedvesítés a táplálékot egy bólusnak nevezett masszává készíti elő a lenyeléshez. A nyelv segít a nyelésben-mozgatja a bólust a szájból a garatba. A garat két járatba nyílik: a légcsőbe, amely a tüdőbe vezet, és a nyelőcsőbe, amely a gyomorba vezet. A légcsőnek van egy nyílása, a glottis, amelyet egy epiglottisnak nevezett porcos lebeny fed. Nyeléskor az epiglottis lezárja a glottist, és a táplálék a nyelőcsőbe jut, nem pedig a légcsőbe. Ez az elrendezés lehetővé teszi, hogy a táplálék ne kerüljön a légcsőbe.

nyelőcső

A nyelőcső egy csőszerű szerv, amely a szájat a gyomorral köti össze. A megrágott és megpuhult táplálék lenyelés után a nyelőcsövön keresztül halad át. A nyelőcső simaizmai a perisztaltikának nevezett hullámszerű mozgások sorozatán mennek keresztül, amelyek a táplálékot a gyomor felé tolják, amint azt a 9. ábra szemlélteti. A perisztaltikus hullám egyirányú – a táplálékot a szájból a gyomor felé mozgatja, és fordított mozgás nem lehetséges. A nyelőcső perisztaltikus mozgása önkéntelen reflex; a nyelés aktusára válaszul történik.

A gyűrűszerű izom, az úgynevezett záróizom szelepeket képez az emésztőrendszerben. A gastro-oesophagealis sphincter a nyelőcső gyomor felőli végén található. A nyelésre és a bólus táplálék által kifejtett nyomásra ez a záróizom kinyílik, és a bólus belép a gyomorba. Ha nincs nyelési művelet, ez a záróizom záródik, és megakadályozza, hogy a gyomor tartalma felfelé haladjon a nyelőcsőben. Sok állatnak van valódi záróizma; az embernél azonban nincs valódi záróizom, hanem a nyelőcső zárva marad, amikor nincs nyelési művelet. A savas reflux vagy “gyomorégés” akkor következik be, amikor a savas emésztőnedvek a nyelőcsőbe távoznak.

Gyomor

Az emésztés nagy része a 10. ábrán látható gyomorban történik. A gyomor egy zsákszerű szerv, amely a gyomor emésztőnedveit választja ki. A gyomor pH-ja 1,5 és 2,5 között van. Ez az erősen savas környezet szükséges a táplálék kémiai lebontásához és a tápanyagok kivonásához. Üres állapotban a gyomor meglehetősen kicsi szerv, azonban táplálékkal megtöltve nyugalmi méretének akár hússzorosára is megnőhet. Ez a tulajdonsága különösen hasznos az olyan állatok számára, amelyeknek akkor kell enniük, amikor táplálék áll rendelkezésre.

A kérődzőkön kívüli állatoknál a gyomor a fehérjeemésztés fő helyszíne is. A fehérjeemésztést a pepszin nevű enzim közvetíti a gyomorkamrában. A pepszint a gyomor fő sejtjei inaktív formában, pepszinogén néven választják ki. A pepszin peptidkötéseket bont és a fehérjéket kisebb polipeptidekre hasítja; emellett segít aktiválni még több pepszinogént, elindítva egy pozitív visszacsatolási mechanizmust, amely még több pepszint termel. Egy másik sejttípus – a parietális sejtek – hidrogén- és kloridionokat választanak ki, amelyek a lumenben egyesülve sósavat képeznek, a gyomornedvek elsődleges savas összetevőjét. A sósav segít az inaktív pepszinogén pepszinné alakításában. Az erősen savas környezet az élelmiszerben lévő számos mikroorganizmust is elpusztít, és a pepszin enzim hatásával kombinálva az élelmiszerben lévő fehérjék hidrolízisét eredményezi. A kémiai emésztést a gyomor kavaró hatása segíti elő. A simaizmok összehúzódása és ellazulása körülbelül 20 percenként keveri össze a gyomortartalmat. A részben megemésztett táplálék és a gyomornedv keverékét chyme-nak nevezzük. A chyme a gyomorból a vékonybélbe jut. A további fehérjeemésztés a vékonybélben történik. A gyomor kiürülése az étkezés után két-hat órával következik be. Egyszerre csak kis mennyiségű chyme kerül a vékonybélbe. A gyomorból a vékonybélbe történő kimozdulást a pylorus sphincter szabályozza.

A fehérjék és egyes zsírok emésztése során a gyomornyálkahártyát meg kell védeni attól, hogy a pepszin megeméssze. A gyomornyálkahártya védelmének leírásakor két dolgot kell figyelembe venni. Először is, mint korábban említettük, a pepszin enzim inaktív formában szintetizálódik. Ez védi a fősejteket, mivel a pepszinogén nem rendelkezik a pepszin enzimfunkciójával. Másodszor, a gyomornak vastag nyálkabélése van, amely megvédi az alatta lévő szöveteket az emésztőnedvek hatásától. Ha ez a nyálkabélés megreped, fekélyek alakulhatnak ki a gyomorban. A fekélyek baktériumok (Helicobacter pylori) által okozott nyílt sebek valamely szervben vagy szerven, amikor a nyálkabélés megreped, és nem tud meggyógyulni.

Vékonybél

A gyomorból a gyomorba jutó vérbaktérium a vékonybélbe kerül. A vékonybél az a szerv, ahol a fehérjék, zsírok és szénhidrátok emésztése befejeződik. A vékonybél egy hosszú, csőszerű szerv, amelynek erősen hajtogatott felszíne ujjszerű nyúlványokat, úgynevezett villiket tartalmaz. Minden egyes villus apikális felszínén számos mikroszkopikus nyúlvány található, amelyeket mikrovilláknak nevezünk. Ezeket a 11. ábrán látható struktúrákat a luminális oldalon hámsejtek bélelik, és lehetővé teszik, hogy a tápanyagok az emésztett táplálékból felszívódjanak, és a másik oldalon a véráramba kerüljenek. A villák és a mikrovillák sok redővel növelik a bél felületét, és növelik a tápanyagok felszívódásának hatékonyságát. A felszívódott tápanyagok a vérben a májkapuvénába kerülnek, amely a májba vezet. Ott a máj szabályozza a tápanyagok eloszlását a szervezet többi részébe, és eltávolítja a mérgező anyagokat, köztük a gyógyszereket, az alkoholt és egyes kórokozókat.

Az emberi vékonybél több mint 6 méter hosszú, és három részre oszlik: a nyombélre, az éhbélre és az éhbélre. A vékonybél “C-alakú”, rögzített részét nevezzük nyombélnek, és a 10. ábrán látható. A duodenumot a pylorus sphincter választja el a gyomortól, amely kinyílik, hogy a gyomorból a nyák a duodenumba áramolhasson. A nyombélben a nyák a hasnyálmirigy levével keveredik egy bikarbonátban gazdag lúgos oldatban, amely semlegesíti a nyák savasságát, és pufferként működik. A hasnyálmirigynedvek számos emésztőenzimet is tartalmaznak. A hasnyálmirigyből, a májból és az epehólyagból, valamint magából a bélfal mirigysejtjeiből származó emésztőnedvek jutnak a nyombélbe. Az epe a májban termelődik, és az epehólyagban tárolódik és koncentrálódik. Az epe epesókat tartalmaz, amelyek emulgeálják a lipideket, míg a hasnyálmirigy a keményítőket, diszacharidokat, fehérjéket és zsírokat katabolizáló enzimeket termel. Ezek az emésztőnedvek a tápcsatornában lévő táplálékrészecskéket glükózra, trigliceridekre és aminosavakra bontják. A táplálék bizonyos mértékű kémiai emésztése a nyombélben történik. A zsírsavak felszívódása szintén a nyombélben történik.

A vékonybél második részét a 10. ábrán látható jejunumnak nevezik. Itt folytatódik a tápanyagok hidrolízise, míg a szénhidrátok és aminosavak nagy része a bélnyálkahártyán keresztül szívódik fel. A kémiai emésztés és a tápanyagok felszívódásának nagy része a jejunumban történik.

A szintén a 10. ábrán látható ileum a vékonybél utolsó része, itt szívódnak fel az epesók és a vitaminok a véráramba. Az emésztetlen táplálék az ileumból az izomzat perisztaltikus mozgása révén a vastagbélbe kerül. Az ileum az ileocecalis billentyűnél ér véget, és kezdődik a vastagbél. Az ileocecalis billentyűnél található a féregszerű vakbél. Az ember vakbele nem választ ki enzimeket, és jelentéktelen szerepe van az immunitásban.

Nagybél

A 12. ábrán látható vastagbél visszaszívja a vizet az emésztetlen táplálékból, és feldolgozza a salakanyagot. Az emberi vastagbél a vékonybélhez képest sokkal kisebb hosszúságú, de nagyobb átmérőjű. Három részből áll: a vakbélből, a vastagbélből és a végbélből. A vakbél a bélnyálkahártyát köti össze a vastagbéllel, és a salakanyagot befogadó tasak. A vastagbélben számos baktérium vagy “bélflóra” él, amelyek segítik az emésztési folyamatokat. A vastagbél négy régióra osztható: a felszálló vastagbélre, a haránt vastagbélre, a leszálló vastagbélre és a szigmabélre. A vastagbél fő funkciói a víz és az ásványi sók kivonása az emésztetlen táplálékból, valamint a salakanyagok tárolása. A húsevő emlősöknek táplálkozásuk miatt rövidebb a vastagbél a növényevő emlősökhöz képest.

Rektum és végbélnyílás

A végbél a vastagbél végső vége, amint azt a 12. ábra mutatja. A végbél elsődleges szerepe a széklet tárolása a székletürítésig. A székletet a kiválasztás során perisztaltikus mozgásokkal mozgatjuk. A végbélnyílás az emésztőrendszer túlsó végén található nyílás, és a salakanyag kilépési pontja. A végbél és a végbélnyílás között két záróizom szabályozza a kiválasztást: a belső záróizom akaratlanul, a külső záróizom pedig akaratlagosan működik.

Kiegészítő szervek

A fent tárgyalt szervek az emésztőrendszer azon szervei, amelyeken a táplálék áthalad. A járulékos szervek olyan szervek, amelyek a táplálékot tápanyagokká katabolizáló váladékokat (enzimeket) adnak hozzá. A járulékos szervek közé tartoznak a nyálmirigyek, a máj, a hasnyálmirigy és az epehólyag. A májat, a hasnyálmirigyet és az epehólyagot hormonok szabályozzák az elfogyasztott táplálék függvényében.

A máj az ember legnagyobb belső szerve, és nagyon fontos szerepet játszik a zsírok emésztésében és a vér méregtelenítésében. A máj termeli az epét, egy emésztőnedvet, amely a táplálék zsíros összetevőinek lebontásához szükséges a nyombélben. A máj emellett feldolgozza a vitaminokat és a zsírokat, és számos plazmafehérjét szintetizál.

A hasnyálmirigy egy másik fontos mirigy, amely emésztőnedvet választ ki. A gyomorból termelődő tápcsatorna erősen savas kémhatású; a hasnyálmirigy nedvei nagy mennyiségben tartalmaznak bikarbonátot, egy lúgot, amely semlegesíti a savas tápcsatornát. Ezenkívül a hasnyálmirigy nedvei sokféle enzimet tartalmaznak, amelyek a fehérjék és szénhidrátok emésztéséhez szükségesek.

Az epehólyag egy kis szerv, amely az epe tárolásával és az epesók koncentrálásával segíti a májat. Amikor a zsírsavakat tartalmazó pép a nyombélbe kerül, az epét az epehólyagból a nyombélbe választja ki.

Check Your Understanding

Válaszoljon az alábbi kérdés(ek)re, hogy lássa, mennyire érti az előző részben tárgyalt témákat. Ez a rövid kvíz nem számít bele az órai jegybe, és korlátlan számú alkalommal ismételheti meg.

Ezzel a kvízzel ellenőrizheti a megértését, és eldöntheti, hogy (1) tovább tanulmányozza-e az előző szakaszt, vagy (2) áttérjen a következő szakaszra.

.