Biologia para Majors II

Comparar e contrastar diferentes tipos de sistemas digestivos

Animais obter sua nutrição a partir do consumo de outros organismos. Dependendo da sua dieta, os animais podem ser classificados nas seguintes categorias: comedores de plantas (herbívoros), comedores de carne (carnívoros), e aqueles que comem plantas e animais (omnívoros). Os nutrientes e macromoléculas presentes nos alimentos não são imediatamente acessíveis às células. Existem vários processos que modificam os alimentos dentro do corpo animal para tornar os nutrientes e as moléculas orgânicas acessíveis para a função celular. Como os animais evoluíram em complexidade de forma e função, os seus sistemas digestivos também evoluíram para acomodar as suas várias necessidades dietéticas.

Herbívoros, Carnívoros e Omnívoros

Herbívoros são animais cuja fonte primária de alimento é de origem vegetal. Exemplos de herbívoros, como mostrado na Figura 1 incluem vertebrados como veados, coalas e algumas espécies de aves, assim como invertebrados como grilos e lagartas. Estes animais têm evoluído sistemas digestivos capazes de manusear grandes quantidades de material vegetal. Os herbívoros podem ser ainda classificados em frugívoros (comedores de frutas), granívoros (comedores de sementes), necívoros (comedores de néctar) e folívoros (comedores de folhas).

Carnívoros são animais que comem outros animais. A palavra carnívoro é derivada do latim e literalmente significa “comedor de carne”. Gatos selvagens como leões, mostrados na Figura 2a e tigres são exemplos de carnívoros vertebrados, assim como cobras e tubarões, enquanto os carnívoros invertebrados incluem estrelas do mar, aranhas e joaninhas, mostradas na Figura 2b. Os carnívoros obrigatórios são aqueles que dependem inteiramente da carne animal para obter seus nutrientes; exemplos de carnívoros obrigatórios são os membros da família dos gatos, tais como leões e chitas. Carnívoros facultativos são aqueles que também comem comida não animal, além da comida animal. Note que não há uma linha clara que diferencie carnívoros facultativos de omnívoros; cães seriam considerados carnívoros facultativos.

Omnívoros são animais que comem tanto alimentos de origem vegetal como de origem animal. Em latim, omnívoros significa comer de tudo. Humanos, ursos (mostrado na Figura 3a), e galinhas são exemplos de omnívoros vertebrados; omnívoros invertebrados incluem baratas e lagostim (mostrado na Figura 3b).

Sistemas Digestivos Invertebrados

Animais desenvolveram diferentes tipos de sistemas digestivos para ajudar na digestão dos diferentes alimentos que consomem. O exemplo mais simples é o de uma cavidade gastrovascular e é encontrado em organismos com apenas uma abertura para a digestão. Platyhelminthes (vermes planos), Ctenophora (geleias de pente) e Cnidaria (coral, peixe gelatinoso e anémonas do mar) utilizam este tipo de digestão. As cavidades gastrovasculares, como mostrado na Figura 4a, são tipicamente um tubo cego ou cavidade com apenas uma abertura, a “boca”, que também serve como um “ânus”. O material ingerido entra na boca e passa através de uma cavidade oca, tubular. As células dentro da cavidade secretam as enzimas digestivas que quebram o alimento. As partículas do alimento são engolfadas pelas células que revestem a cavidade gastrovascular.

O canal alimentar, mostrado na Figura 4b, é um sistema mais avançado: consiste de um tubo com uma boca numa extremidade e um ânus na outra. As minhocas são um exemplo de um animal com um canal alimentar. Uma vez ingerido através da boca, o alimento passa pelo esófago e é armazenado num órgão chamado cultura; depois passa para a moela onde é agitado e digerido. Da moela, o alimento passa pelo intestino, os nutrientes são absorvidos, e os resíduos são eliminados como fezes, chamadas fundições, através do ânus.

Sistemas Digestivos Vertebrados

Vertebrados evoluíram sistemas digestivos mais complexos para se adaptarem às suas necessidades dietéticas. Alguns animais têm um único estômago, enquanto outros têm estômagos multi-câmaras. As aves desenvolveram um sistema digestivo adaptado a comer alimentos não-mastigados.

Monogástrico: Estômago com uma só câmara

Como a palavra monogástrico sugere, este tipo de sistema digestivo consiste de uma (“mono”) câmara estomacal (“gástrica”). Humanos e muitos animais têm um sistema digestivo monogástrico como ilustrado nas figuras 5a e 5b. O processo de digestão começa com a boca e a ingestão de alimentos. Os dentes desempenham um papel importante na mastigação (mastigação) ou na decomposição física dos alimentos em partículas menores. As enzimas presentes na saliva também começam a quebrar quimicamente os alimentos. O esôfago é um tubo longo que liga a boca ao estômago. Usando peristaltismo, ou contracções musculares suaves como ondas, os músculos do esófago empurram o alimento para o estômago. Para acelerar as acções das enzimas no estômago, o estômago é um ambiente extremamente ácido, com um pH entre 1,5 e 2,5. Os sucos gástricos, que incluem enzimas no estômago, actuam sobre as partículas do alimento e continuam o processo de digestão. A decomposição posterior dos alimentos ocorre no intestino delgado, onde as enzimas produzidas pelo fígado, intestino delgado e pâncreas continuam o processo de digestão. Os nutrientes são absorvidos pela corrente sanguínea através das células epiteliais que revestem as paredes do intestino delgado. O material residual viaja para o intestino grosso onde a água é absorvida e o material residual mais seco é compactado nas fezes; ele é armazenado até ser excretado através do reto.

Avian

Aves enfrentam desafios especiais quando se trata de obter nutrição dos alimentos. Elas não têm dentes e, portanto, seu sistema digestivo, mostrado na Figura 6, deve ser capaz de processar alimentos não-mastigados. As aves têm desenvolvido uma variedade de tipos de bico que reflectem a vasta variedade na sua dieta, desde sementes e insectos até frutos e nozes. Como a maioria das aves voa, suas taxas metabólicas são altas para processar eficientemente os alimentos e manter o peso corporal baixo. O estômago das aves tem duas câmaras: a proventriculus, onde são produzidos sucos gástricos para digerir os alimentos antes de entrarem no estômago, e a moela, onde os alimentos são armazenados, embebidos e mecanicamente moídos. O material não digerido forma pellets de alimentos que por vezes são regurgitados. A maior parte da digestão e absorção química acontece no intestino e os resíduos são excretados através da cloaca.

No sistema digestivo aviário, os alimentos passam da cultura para o primeiro de dois estômagos, chamado proventriculus, que contém sucos digestivos que quebram os alimentos. A partir do proventriculus, o alimento entra no segundo estômago, chamado moela, que mói o alimento. Algumas aves engolem pedras de engolir ou grão, que são armazenadas na moela, para auxiliar o processo de moagem. As aves não têm aberturas separadas para excretar a urina e as fezes. Em vez disso, o ácido úrico dos rins é secretado para o intestino grosso e combinado com os resíduos do processo digestivo. Estes resíduos são excretados através de uma abertura chamada cloaca.

Ruminantes

Ruminantes são principalmente herbívoros como vacas, ovelhas e cabras, cuja dieta inteira consiste em comer grandes quantidades de forragem bruta ou fibra. Eles têm desenvolvido sistemas digestivos que os ajudam a digerir grandes quantidades de celulose. Uma característica interessante da boca dos ruminantes é que eles não possuem dentes incisivos superiores. Eles usam seus dentes inferiores, língua e lábios para rasgar e mastigar seus alimentos. Da boca, o alimento viaja para o esôfago e sobre o estômago.

Para ajudar a digerir a grande quantidade de material vegetal, o estômago dos ruminantes é um órgão multicâmara, como ilustrado na Figura 7. Os quatro compartimentos do estômago são chamados de rúmen, retículo, omaso e abomaso. Estas câmaras contêm muitos micróbios que quebram a celulose e fermentam os alimentos ingeridos. O abomaso é o “verdadeiro” estômago e é o equivalente da câmara estomacal monogástrica onde os sucos gástricos são secretados. A câmara gástrica de quatro compartimentos proporciona maior espaço e o suporte microbiano necessário para digerir o material vegetal em ruminantes. O processo de fermentação produz grandes quantidades de gás na câmara do estômago, que deve ser eliminado. Como em outros animais, o intestino delgado tem um papel importante na absorção de nutrientes, e o intestino grosso ajuda na eliminação de resíduos.

Pseudo-ruminantes

alguns animais, como os camelos e as alpacas, são pseudo-ruminantes. Eles comem muito material vegetal e rudimentares. Digerir material vegetal não é fácil porque as paredes das células vegetais contêm a molécula polimérica de celulose de açúcar. As enzimas digestivas destes animais não podem decompor a celulose, mas os microrganismos presentes no sistema digestivo podem. Portanto, o sistema digestivo deve ser capaz de lidar com grandes quantidades de fibras grosseiras e quebrar a celulose. Pseudo-ruminantes têm um estômago de três câmaras no sistema digestivo. No entanto, seu ceco – um órgão derramado no início do intestino grosso contendo muitos microorganismos necessários para a digestão de materiais vegetais – é grande e é o local onde o roughage é fermentado e digerido. Estes animais não têm um rúmen mas têm um omasum, abomaso e retículo.

Partes do Sistema Digestivo

O sistema digestivo vertebrado é projetado para facilitar a transformação da matéria alimentar nos componentes nutrientes que sustentam os organismos.

Cavidade Oral

A cavidade oral, ou boca, é o ponto de entrada dos alimentos no sistema digestivo, ilustrado na Figura 8. O alimento consumido é quebrado em partículas menores por mastigação, a ação mastigatória dos dentes. Todos os mamíferos têm dentes e podem mastigar seus alimentos.

O extenso processo químico de digestão começa na boca. À medida que os alimentos são mastigados, a saliva, produzida pelas glândulas salivares, mistura-se com o alimento. A saliva é uma substância aquosa produzida na boca de muitos animais. Existem três glândulas principais que secretam a saliva – a parótida, a submandibular e a sublingual. A saliva contém muco que umedece o alimento e tampona o pH do alimento. A saliva também contém imunoglobulinas e lisozimas, que têm ação antibacteriana para reduzir a cárie dentária inibindo o crescimento de algumas bactérias.

Saliva também contém uma enzima chamada amilase salivar que inicia o processo de conversão de amidos no alimento em um dissacarídeo chamado maltose. Outra enzima chamada lipase é produzida pelas células da língua. As lipases são uma classe de enzimas que podem quebrar os triglicéridos. A lipase lingual inicia a decomposição dos componentes de gordura no alimento.

A ação mastigatória e molhante proporcionada pelos dentes e saliva prepara o alimento em uma massa chamada bolo para engolir. A língua ajuda a engolir – movendo o bolo da boca para a faringe. A faringe abre-se para duas passagens: a traqueia, que leva aos pulmões, e o esôfago, que leva ao estômago. A traquéia tem uma abertura chamada glote, que é coberta por uma aba cartilaginosa chamada epiglote. Ao engolir, a epiglote fecha a glote e os alimentos passam para o esófago e não para a traqueia. Esta disposição permite manter os alimentos fora da traquéia.

Esofago

O esôfago é um órgão tubular que liga a boca ao estômago. O alimento mastigado e amolecido passa através do esôfago após ser engolido. Os músculos lisos do esôfago passam por uma série de movimentos como movimentos chamados de peristaltismo que empurram o alimento em direção ao estômago, como ilustrado na Figura 9. A onda de peristaltismo é unidirecional – move os alimentos da boca para o estômago, e o movimento inverso não é possível. O movimento peristáltico do esôfago é um reflexo involuntário; ocorre em resposta ao ato de engolir.

Um músculo semelhante a um anel chamado esfíncter forma válvulas no sistema digestivo. O esfíncter gastro-esofágico está localizado na extremidade do estômago do esôfago. Em resposta à deglutição e à pressão exercida pelo bolus do alimento, este esfíncter abre-se e o bolus entra no estômago. Quando não há ação de deglutição, este esfíncter é fechado e impede que o conteúdo do estômago viaje pelo esôfago. Muitos animais têm um esfíncter verdadeiro; no entanto, nos humanos, não há um esfíncter verdadeiro, mas o esôfago permanece fechado quando não há ação de deglutição. Refluxo ácido ou “azia” ocorre quando os sucos digestivos ácidos escapam para o esôfago.

Estômago

Ocorre uma grande parte da digestão no estômago, mostrada na Figura 10. O estômago é um órgão semelhante a um saco que segrega os sucos digestivos gástricos. O pH no estômago está entre 1,5 e 2,5. Este ambiente altamente ácido é necessário para a decomposição química dos alimentos e para a extração de nutrientes. Quando vazio, o estômago é um órgão bastante pequeno; no entanto, pode expandir até 20 vezes o seu tamanho de repouso quando cheio com alimentos. Esta característica é particularmente útil para animais que necessitam de comer quando os alimentos estão disponíveis.

O estômago é também o local principal para a digestão de proteínas em animais que não sejam ruminantes. A digestão das proteínas é mediada por uma enzima chamada pepsina na câmara do estômago. A pepsina é secretada pelas principais células do estômago numa forma inativa chamada pepsinogênio. A pepsina quebra as ligações peptídeas e cliva as proteínas em polipéptidos menores; também ajuda a ativar mais pepsinogênio, iniciando um mecanismo de feedback positivo que gera mais pepsinogênio. Outro tipo de célula – as células de caráterarietal – secretam íons de hidrogênio e cloreto, que se combinam no lúmen para formar ácido clorídrico, o componente ácido primário dos sucos estomacais. O ácido clorídrico ajuda a converter o pepsinogênio inativo em pepsina. O ambiente altamente ácido também mata muitos microorganismos no alimento e, combinado com a ação da enzima pepsina, resulta na hidrólise da proteína no alimento. A digestão química é facilitada pela acção agitadora do estômago. A contração e relaxamento dos músculos lisos mistura o conteúdo do estômago a cada 20 minutos aproximadamente. A mistura de alimentos parcialmente digeridos e suco gástrico é chamada de chyme. O quimio passa do estômago para o intestino delgado. A digestão de mais proteínas tem lugar no intestino delgado. O esvaziamento gástrico ocorre dentro de duas a seis horas após uma refeição. Apenas uma pequena quantidade de quimio é liberada no intestino delgado de cada vez. O movimento do quimio do estômago para o intestino delgado é regulado pelo esfíncter pilórico.

Ao digerir proteínas e algumas gorduras, o revestimento do estômago deve ser protegido de ser digerido pela pepsina. Há dois pontos a considerar ao descrever como o revestimento do estômago é protegido. Primeiro, como mencionado anteriormente, a enzima pepsina é sintetizada na forma inativa. Isto protege as células principais, porque o pepsinogênio não tem a mesma funcionalidade enzimática da pepsina. Segundo, o estômago tem um espesso revestimento de muco que protege o tecido subjacente da ação dos sucos digestivos. Quando este revestimento mucoso é rompido, podem formar-se úlceras no estômago. As úlceras são feridas abertas dentro ou sobre um órgão causadas por bactérias (Helicobacter pylori) quando o revestimento mucoso é rompido e falha na reforma.

Small Intestine

Chyme move-se do estômago para o intestino delgado. O intestino delgado é o órgão onde a digestão das proteínas, gorduras e carboidratos é completada. O intestino delgado é um órgão em forma de tubo longo com uma superfície altamente dobrada contendo projeções em forma de dedo chamadas vilosidades. A superfície apical de cada vilosidade tem muitas projecções microscópicas chamadas microvilli. Estas estruturas, ilustradas na figura 11, são revestidas com células epiteliais no lado luminal e permitem que os nutrientes sejam absorvidos dos alimentos digeridos e absorvidos pela corrente sanguínea do outro lado. As vilosidades e microbilios, com suas muitas dobras, aumentam a área superficial do intestino e aumentam a eficiência de absorção dos nutrientes. Os nutrientes absorvidos no sangue são transportados para a veia porta hepática, que conduz ao fígado. Lá, o fígado regula a distribuição dos nutrientes para o resto do corpo e remove substâncias tóxicas, incluindo drogas, álcool e alguns patógenos.

O intestino delgado humano tem mais de 6m de comprimento e é dividido em três partes: o duodeno, o jejuno, e o íleo. A parte fixa em “C” do intestino delgado é chamada de duodeno e é mostrada na Figura 10. O duodeno é separado do estômago pelo esfíncter pilórico que se abre para permitir que o quimio se mova do estômago para o duodeno. No duodeno, o quima é misturado com sucos pancreáticos em uma solução alcalina rica em bicarbonato que neutraliza a acidez do quima e age como um tampão. Os sucos pancreáticos também contêm várias enzimas digestivas. Sucos digestivos do pâncreas, fígado e vesícula biliar, assim como das células glandulares da própria parede intestinal, entram no duodeno. A bílis é produzida no fígado e armazenada e concentrada na vesícula biliar. A bílis contém sais biliares que emulsionam os lípidos enquanto o pâncreas produz enzimas que catabolizam amidos, dissacarídeos, proteínas e gorduras. Estes sucos digestivos decompõem as partículas dos alimentos no quimio em glucose, triglicéridos e aminoácidos. Alguma digestão química dos alimentos é feita no duodeno. A absorção de ácidos gordos também ocorre no duodeno.

A segunda parte do intestino delgado é chamada jejuno, mostrada na Figura 10. Aqui, a hidrólise dos nutrientes é continuada enquanto a maioria dos carboidratos e aminoácidos são absorvidos através do revestimento intestinal. O grosso da digestão química e absorção de nutrientes ocorre no jejuno.

O íleo, também ilustrado na Figura 10 é a última parte do intestino delgado e aqui os sais biliares e vitaminas são absorvidos pela corrente sanguínea. O alimento não digerido é enviado para o cólon a partir do íleo através de movimentos peristálticos do músculo. O íleo termina e o intestino grosso começa na válvula ileocecal. O apêndice vermiforme, “tipo verme”, está localizado na válvula ileocecal. O apêndice de humanos não segrega enzimas e tem um papel insignificante na imunidade.

Intestino grosso

O intestino grosso, ilustrado na Figura 12, reabsorve a água dos alimentos não digeridos e processa o material residual. O intestino grosso humano é muito menor em comprimento comparado com o intestino delgado, mas maior em diâmetro. Ele tem três partes: o ceco, o cólon, e o reto. O ceco junta o íleo ao c?lon e ? a bolsa receptora para o material desperd?cio. O cólon é o lar de muitas bactérias ou “flora intestinal” que auxiliam nos processos digestivos. O cólon pode ser dividido em quatro regiões, o cólon ascendente, o cólon transversal, o cólon descendente e o cólon sigmóide. As principais funções do cólon são extrair a água e os sais minerais dos alimentos não digeridos, e armazenar o material residual. Os mamíferos carnívoros têm intestino grosso mais curto em comparação com os mamíferos herbívoros devido à sua dieta.

Rectum e Anus

O recto é a extremidade terminal do intestino grosso, como mostrado na Figura 12. O papel principal do reto é armazenar as fezes até a defecação. As fezes são impulsionadas usando movimentos peristálticos durante a eliminação. O ânus é uma abertura na extremidade do trato digestivo e é o ponto de saída para o material residual. Dois esfíncteres entre o reto e a eliminação do controle do ânus: o esfíncter interno é involuntário e o externo é voluntário.

Acessórios Órgãos

Os órgãos discutidos acima são os órgãos do trato digestivo pelos quais os alimentos passam. Os órgãos acessórios são órgãos que adicionam secreções (enzimas) que catabolizam os alimentos em nutrientes. Os órgãos acessórios incluem as glândulas salivares, o fígado, o pâncreas e a vesícula biliar. O fígado, pâncreas e vesícula biliar são regulados por hormônios em resposta aos alimentos consumidos.

O fígado é o maior órgão interno do homem e tem um papel muito importante na digestão de gorduras e na desintoxicação do sangue. O fígado produz bílis, um suco digestivo que é necessário para a decomposição dos componentes gordurosos dos alimentos no duodeno. O fígado também processa as vitaminas e gorduras e sintetiza muitas proteínas plasmáticas.

O pâncreas é outra glândula importante que segrega os sucos digestivos. O quima produzido do estômago é altamente ácido por natureza; os sucos pancreáticos contêm altos níveis de bicarbonato, um álcali que neutraliza o quima ácido. Adicionalmente, os sucos pancreáticos contêm uma grande variedade de enzimas que são necessárias para a digestão de proteínas e carboidratos.

A vesícula biliar é um pequeno órgão que auxilia o fígado armazenando a bílis e concentrando os sais biliares. Quando o quimio contendo ácidos gordos entra no duodeno, a bílis é secretada da vesícula biliar para o duodeno.

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