16.2 الجهاز الهضمي
أهداف التعلم
بحلول نهاية هذا القسم، ستكون قادرًا على:- شرح عمليات الهضم والامتصاص
- شرح الوظائف المتخصصة للأعضاء المشاركة في معالجة الطعام في الجسم
- وصف الطرق التي تعمل بها الأعضاء معًا لهضم الطعام وامتصاص العناصر الغذائية
- وصف العناصر الغذائية الأساسية المطلوبة للوظيفة الخلوية والتي لا يمكن للجسم الحيواني تصنيعها
- وصف كيفية تخزين الكربوهيدرات والطاقة الزائدة في الجسم
تحتاج جميع الكائنات الحية إلى العناصر الغذائية للبقاء على قيد الحياة. بينما يمكن للنباتات الحصول على العناصر الغذائية من جذورها وجزيئات الطاقة اللازمة للوظيفة الخلوية من خلال عملية التمثيل الضوئي، تحصل الحيوانات على عناصرها الغذائية عن طريق استهلاك كائنات حية أخرى. على المستوى الخلوي، الجزيئات البيولوجية الضرورية لوظيفة الحيوان هي الأحماض الأمينية، جزيئات الدهون، النيوكليوتيدات، والسكريات البسيطة. ومع ذلك، يتكون الطعام المستهلك من البروتين والدهون والكربوهيدرات المعقدة. يجب على الحيوانات تحويل هذه الجزيئات الضخمة إلى جزيئات بسيطة مطلوبة للحفاظ على الوظيفة الخلوية. إن تحويل الطعام المستهلك إلى العناصر الغذائية المطلوبة هو عملية متعددة الخطوات تتضمن الهضم والامتصاص. أثناء الهضم، تُكسر جزيئات الطعام إلى مكونات أصغر، والتي يمتصها الجسم لاحقًا. يحدث هذا بوسائل فيزيائية، مثل المضغ، وبوسائل كيميائية.
أحد التحديات في التغذية البشرية هو الحفاظ على التوازن بين تناول الطعام وتخزينه وإنفاق الطاقة. يؤدي تناول طاقة غذائية أكثر مما يُستخدم في النشاط إلى تخزين الفائض على شكل رواسب دهنية. إن ارتفاع معدلات السمنة والأمراض الناتجة عنها مثل السكري من النوع 2 يجعل فهم دور النظام الغذائي والتغذية في الحفاظ على صحة جيدة أكثر أهمية.
الجهاز الهضمي البشري
تبدأ عملية الهضم في الفم بتناول الطعام (شكل 16.4). تلعب الأسنان دورًا مهمًا في المضغ أو تكسير الطعام فيزيائيًا إلى جزيئات أصغر. تبدأ الإنزيمات الموجودة في اللعاب أيضًا في تكسير الطعام كيميائيًا. ثم يُبلع الطعام ويدخل المريء (esophagus)—وهو أنبوب طويل يربط الفم بالمعدة. باستخدام الحركة التمعجية (peristalsis)، أو الانقباضات العضلية الملساء الشبيهة بالموجات، تدفع عضلات المريء الطعام نحو المعدة. محتويات المعدة شديدة الحموضة، حيث يتراوح الأس الهيدروجيني (pH) بين 1.5 و 2.5. تقتل هذه الحموضة الكائنات الدقيقة، وتكسر أنسجة الطعام، وتنشط الإنزيمات الهاضمة. يحدث المزيد من تكسير الطعام في الأمعاء الدقيقة حيث تستمر الصفراء التي ينتجها الكبد، والإنزيمات التي تنتجها الأمعاء الدقيقة والبنكرياس، في عملية الهضم. تُمتص الجزيئات الأصغر إلى مجرى الدم عبر الخلايا الظهارية المبطنة لجدران الأمعاء الدقيقة. تنتقل المواد الفضلات إلى الأمعاء الغليظة حيث يُمتص الماء وتُضغط المواد الفضلات الأكثر جفافًا لتتحول إلى براز؛ وتُخزن حتى تُطرد عبر الشرج.
التجويف الفموي
يبدأ الهضم الفيزيائي والكيميائي في الفم أو التجويف الفموي (oral cavity)، وهو نقطة دخول الطعام إلى الجهاز الهضمي. يُكسر الطعام إلى جزيئات أصغر عن طريق المضغ، وهو فعل طحن الأسنان. تمتلك جميع الثدييات أسنانًا ويمكنها مضغ طعامها لبدء عملية تكسيره فيزيائيًا إلى جزيئات أصغر.
تبدأ العملية الكيميائية للهضم أثناء المضغ عندما يختلط الطعام باللعاب، الذي تنتجه الغدد اللعابية (salivary glands) (شكل 16.5). يحتوي اللعاب على مخاط يرطب الطعام وينظم الأس الهيدروجيني (pH) للطعام. يحتوي اللعاب أيضًا على إنزيم الليزوزيم، الذي له تأثير مضاد للبكتيريا. كما يحتوي على إنزيم يسمى الأميليز (amylase) اللعابي الذي يبدأ عملية تحويل النشا في الطعام إلى سكر ثنائي يسمى المالتوز. تُنتج خلايا اللسان إنزيمًا آخر يسمى الليباز لتكسير الدهون. تعمل عملية المضغ والترطيب التي توفرها الأسنان واللعاب على تحضير الطعام في كتلة تسمى البلعة (bolus) للبلع. يساعد اللسان في البلع—نقل البلعة من الفم إلى البلعوم. يفتح البلعوم على ممرين: المريء والقصبة الهوائية. يؤدي المريء إلى المعدة وتؤدي القصبة الهوائية إلى الرئتين. لسان المزمار هو سديلة من الأنسجة تغطي فتحة القصبة الهوائية أثناء البلع لمنع دخول الطعام إلى الرئتين.
المريء
المريء هو عضو أنبوبي يربط الفم بالمعدة. يمر الطعام الممضوغ والملين عبر المريء بعد بلعه. تخضع العضلات الملساء للمريء لحركة تمعجية تدفع الطعام نحو المعدة. الموجة التمعجية أحادية الاتجاه—فهي تحرك الطعام من الفم إلى المعدة، ولا يمكن للحركة العكسية أن تحدث، إلا في حالة منعكس القيء. حركة المريء التمعجية هي منعكس لا إرادي؛ تحدث استجابة لعملية البلع.
تشكل العضلات الحلقية التي تسمى العضلات العاصرة صمامات في الجهاز الهضمي. تقع العضلة العاصرة المعدية المريئية (أو العضلة العاصرة الفؤادية) عند نهاية المعدة من المريء. استجابة للبلع والضغط الذي تمارسه بلعة الطعام، تفتح هذه العضلة العاصرة، وتدخل البلعة إلى المعدة. عندما لا يكون هناك فعل بلع، تُغلق هذه العضلة العاصرة وتمنع محتويات المعدة من الصعود إلى المريء. يحدث ارتجاع الحمض أو "حرقة المعدة" عندما تتسرب العصارات الهضمية الحمضية إلى المريء.
المعدة
يحدث جزء كبير من هضم البروتين في المعدة (شكل 16.7). المعدة (stomach) هي عضو كيسي يفرز العصارات الهضمية المعدية.
يتم هضم البروتين بواسطة إنزيم يسمى البيبسين (pepsin) في حجرة المعدة. تقتل البيئة شديدة الحموضة العديد من الكائنات الدقيقة في الطعام، وبالاشتراك مع عمل إنزيم البيبسين، يؤدي ذلك إلى هدم البروتين في الطعام. يُسهّل الهضم الكيميائي بفعل حركة الخضخضة في المعدة الناتجة عن انقباض واسترخاء العضلات الملساء. يُسمى خليط الطعام المهضوم جزئيًا والعصارة المعدية الكيموس (chyme). يحدث إفراغ المعدة في غضون ساعتين إلى ست ساعات بعد الوجبة. تُطلق كمية صغيرة فقط من الكيموس في الأمعاء الدقيقة في كل مرة. تُنظم حركة الكيموس من المعدة إلى الأمعاء الدقيقة بواسطة الهرمونات، وتمدد المعدة، والمنعكسات العضلية التي تؤثر على العضلة العاصرة البوابية.
لا تتأثر بطانة المعدة بالبيبسين والحموضة لأن البيبسين يُطلق في شكل غير نشط، ولأن المعدة تحتوي على بطانة مخاطية سميكة تحمي الأنسجة الكامنة.
الأمعاء الدقيقة
ينتقل الكيموس من المعدة إلى الأمعاء الدقيقة. الأمعاء الدقيقة (small intestine) هي العضو الذي يكتمل فيه هضم البروتين والدهون والكربوهيدرات. الأمعاء الدقيقة هي عضو أنبوبي طويل ذو سطح مطوي للغاية يحتوي على نتوءات شبيهة بالأصابع تسمى الزغابات. يحتوي السطح العلوي لكل زغابة على العديد من النتوءات المجهرية تسمى الزغيبات. تمتص الخلايا الظهارية لهذه التراكيب العناصر الغذائية من الطعام المهضوم وتطلقها في مجرى الدم على الجانب الآخر. تزيد الزغابات والزغيبات، بطياتها العديدة، من مساحة سطح الأمعاء الدقيقة وتزيد من كفاءة امتصاص العناصر الغذائية.
يبلغ طول الأمعاء الدقيقة البشرية أكثر من 6 أمتار (19.6 قدم) وهي مقسمة إلى ثلاثة أجزاء: الاثنا عشر، والصائم، واللفائفي. يُفصل الاثنا عشر عن المعدة بواسطة العضلة العاصرة البوابية. يختلط الكيموس بالعصارات البنكرياسية، وهو محلول قلوي غني بالبيكربونات يعادل حموضة الكيموس القادم من المعدة. تحتوي العصارات البنكرياسية على العديد من الإنزيمات الهاضمة التي تكسر النشا والسكريات الثنائية والبروتينات والدهون. تُنتج الصفراء (Bile) في الكبد وتُخزن وتُركز في المرارة؛ وتدخل الاثنا عشر عبر القناة الصفراوية. تحتوي الصفراء على أملاح صفراوية، تجعل الدهون متاحة للإنزيمات القابلة للذوبان في الماء. تُمتص السكريات الأحادية والأحماض الأمينية والأملاح الصفراوية والفيتامينات والعناصر الغذائية الأخرى بواسطة خلايا بطانة الأمعاء.
يُرسل الطعام غير المهضوم إلى القولون من اللفائفي عبر الحركات التمعجية. ينتهي اللفائفي وتبدأ الأمعاء الغليظة عند الصمام اللفائفي الأعوري. الزائدة الدودية، "الشبيهة بالدودة"، تقع عند الصمام اللفائفي الأعوري. للزائدة الدودية لدى البشر دور ثانوي في المناعة.
الأمعاء الغليظة
الأمعاء الغليظة (large intestine) تعيد امتصاص الماء من المواد الغذائية غير القابلة للهضم وتعالج المواد الفضلات (شكل 16.6). الأمعاء الغليظة البشرية أقصر بكثير في الطول مقارنة بالأمعاء الدقيقة ولكنها أكبر في القطر. تتكون من ثلاثة أجزاء: الأعور، والقولون، والمستقيم. يربط الأعور اللفائفي بالقولون وهو الكيس المستقبِل للمواد الفضلات. القولون هو موطن للعديد من البكتيريا أو "النبيت المعوي" التي تساعد في عمليات الهضم. يحتوي القولون (colon) على أربع مناطق، وهي القولون الصاعد، والقولون المستعرض، والقولون النازل، والقولون السيني. الوظائف الرئيسية للقولون هي استخلاص الماء والأملاح المعدنية من الطعام غير المهضوم، وتخزين المواد الفضلات.
المستقيم (rectum) (شكل 16.6) يخزن البراز حتى التبرز. يُدفع البراز باستخدام الحركات التمعجية أثناء الإخراج. الشرج (anus) هو فتحة في الطرف البعيد من الجهاز الهضمي وهو نقطة خروج المواد الفضلات. تنظم عضلتان عاصرتان خروج البراز، العضلة العاصرة الداخلية لا إرادية والعضلة العاصرة الخارجية إرادية.
الأعضاء الملحقة
الأعضاء التي نوقشت أعلاه هي أعضاء الجهاز الهضمي التي يمر الطعام من خلالها. تضيف الأعضاء الملحقة إفرازات وإنزيمات تكسر الطعام إلى عناصر غذائية. تشمل الأعضاء الملحقة الغدد اللعابية والكبد والبنكرياس والمرارة. تُنظم إفرازات الكبد والبنكرياس والمرارة بواسطة الهرمونات استجابة لاستهلاك الطعام.
الكبد (liver) هو أكبر عضو داخلي في البشر ويلعب دورًا مهمًا في هضم الدهون وإزالة سموم الدم. ينتج الكبد الصفراء، وهي عصارة هضمية مطلوبة لتكسير الدهون في الاثنا عشر. يعالج الكبد أيضًا الفيتامينات والأحماض الدهنية الممتصة ويصنع العديد من بروتينات البلازما. المرارة (gallbladder) هي عضو صغير يساعد الكبد عن طريق تخزين الصفراء وتركيز أملاح الصفراء.
يفرز البنكرياس (pancreas) البيكربونات التي تعادل الكيموس الحمضي ومجموعة متنوعة من الإنزيمات لهضم البروتين والكربوهيدرات.
ربط بصري
أي من العبارات التالية حول الجهاز الهضمي خاطئة؟
- الكيموس هو خليط من الطعام والعصارات الهضمية ينتج في المعدة.
- يدخل الطعام الأمعاء الغليظة قبل الأمعاء الدقيقة.
- في الأمعاء الدقيقة، يختلط الكيموس بالصفراء، التي تستحلب الدهون.
- تُفصل المعدة عن الأمعاء الدقيقة بواسطة العضلة العاصرة البوابية.
التغذية
يجب أن يكون النظام الغذائي البشري متوازنًا لتوفير العناصر الغذائية اللازمة لوظائف الجسم والمعادن والفيتامينات المطلوبة للحفاظ على البنية والتنظيم الضروريين للصحة الجيدة والقدرة الإنجابية (شكل 16.8).
رابط للتعلم
استكشف هذا الموقع التفاعلي لوزارة الزراعة الأمريكية لمعرفة المزيد عن كل مجموعة غذائية والكميات اليومية الموصى بها.
يجب أن تأتي الجزيئات العضوية اللازمة لبناء المواد الخلوية والأنسجة من الطعام. أثناء الهضم، تُكسر الكربوهيدرات القابلة للهضم في النهاية إلى جلوكوز وتُستخدم لتوفير الطاقة داخل خلايا الجسم. يمكن تكسير الكربوهيدرات المعقدة، بما في ذلك السكريات المتعددة، إلى جلوكوز من خلال التعديل الكيميائي الحيوي؛ ومع ذلك، لا ينتج البشر الإنزيم الضروري لهضم السليولوز (الألياف). تستطيع النبيت المعوي في الأمعاء البشرية استخلاص بعض التغذية من هذه الألياف النباتية. تُعرف هذه الألياف النباتية بالألياف الغذائية وهي مكون مهم في النظام الغذائي. تُحول السكريات الزائدة في الجسم إلى جلايكوجين وتُخزن لاستخدامها لاحقًا في الكبد والأنسجة العضلية. تُستخدم مخازن الجلايكوجين لتزويد المجهودات الطويلة بالطاقة، مثل الجري لمسافات طويلة، ولتوفير الطاقة أثناء نقص الغذاء. تُخزن الدهون تحت جلد الثدييات للعزل واحتياطيات الطاقة.
تُكسر البروتينات في الطعام أثناء الهضم وتُمتص الأحماض الأمينية الناتجة. يجب أن تتكون جميع البروتينات في الجسم من هذه المكونات من الأحماض الأمينية؛ لا تُحصل البروتينات مباشرة من الطعام.
تضيف الدهون نكهة للطعام وتعزز الشعور بالشبع أو الامتلاء. الأطعمة الدهنية هي أيضًا مصادر مهمة للطاقة، والأحماض الدهنية مطلوبة لبناء الأغشية الدهنية. الدهون مطلوبة أيضًا في النظام الغذائي للمساعدة في امتصاص الفيتامينات الذائبة في الدهون وإنتاج الهرمونات الذائبة في الدهون.
بينما يمكن للجسم الحيواني تصنيع العديد من الجزيئات المطلوبة للوظيفة من سلائفها، هناك بعض العناصر الغذائية التي يجب الحصول عليها من الطعام. تُسمى هذه العناصر الغذائية العناصر الغذائية الأساسية (essential nutrients)، مما يعني أنه يجب تناولها، لأن الجسم لا يستطيع إنتاجها.
الأحماض الدهنية أوميغا-3 ألفا-لينولينيك وحمض أوميغا-6 لينوليك هي أحماض دهنية أساسية لازمة لصنع بعض الفوسفوليبيدات الغشائية. الفيتامينات (Vitamins) هي فئة أخرى من الجزيئات العضوية الأساسية المطلوبة بكميات صغيرة. يساعد العديد منها الإنزيمات في وظيفتها، ولهذا السبب، تُسمى إنزيمات مساعدة. يمكن أن يؤدي غياب الفيتامينات أو انخفاض مستوياتها إلى تأثير كبير على الصحة. المعادن (Minerals) هي مجموعة أخرى من العناصر الغذائية الأساسية غير العضوية التي يجب الحصول عليها من الطعام. تؤدي المعادن العديد من الوظائف، من وظيفة العضلات والأعصاب، إلى العمل كعوامل مساعدة للإنزيمات. يجب أيضًا الحصول على بعض الأحماض الأمينية من الطعام ولا يمكن للجسم تصنيعها. هذه الأحماض الأمينية هي الأحماض الأمينية "الأساسية". يمكن لجسم الإنسان تصنيع 11 فقط من الأحماض الأمينية العشرين المطلوبة؛ ويجب الحصول على الباقي من الطعام.
ربط بالحياة اليومية
السمنة
مع ارتفاع معدلات السمنة في الولايات المتحدة، هناك تركيز للصحة العامة على الحد من السمنة والمخاطر الصحية المرتبطة بها، والتي تشمل السكري وسرطان القولون والثدي وأمراض القلب والأوعية الدموية. كيف يساهم الطعام المستهلك في السمنة؟
الأطعمة الدهنية كثيفة السعرات الحرارية، مما يعني أنها تحتوي على سعرات حرارية أكثر لكل وحدة كتلة من الكربوهيدرات أو البروتينات. يحتوي جرام واحد من الكربوهيدرات على أربع سعرات حرارية، وجرام واحد من البروتين على أربع سعرات حرارية، وجرام واحد من الدهون على تسع سعرات حرارية. تميل الحيوانات إلى البحث عن الأطعمة الغنية بالدهون لمحتواها العالي من الطاقة. ستؤدي الكميات الأكبر من طاقة الطعام المتناولة مقارنة باحتياجات الجسم إلى تخزين الفائض في رواسب دهنية.
يُستخدم الكربوهيدرات الزائدة بواسطة الكبد لتصنيع الجلايكوجين. عندما تمتلئ مخازن الجلايكوجين، يُحول الجلوكوز الإضافي إلى أحماض دهنية. تُخزن هذه الأحماض الدهنية في خلايا الأنسجة الدهنية—الخلايا الدهنية في جسم الثدييات التي يتمثل دورها الأساسي في تخزين الدهون لاستخدامها لاحقًا.
يتزايد معدل السمنة بين الأطفال بسرعة في الولايات المتحدة. لمكافحة سمنة الأطفال وضمان حصولهم على بداية صحية في الحياة، أطلقت السيدة الأولى ميشيل أوباما في عام 2010 حملة "دعونا نتحرك!" (Let’s Move!). يهدف هذا الحملة إلى تثقيف الآباء ومقدمي الرعاية حول توفير التغذية الصحية وتشجيع أنماط الحياة النشطة في الأجيال القادمة. يهدف هذا البرنامج إلى إشراك المجتمع بأكمله، بما في ذلك الآباء والمعلمين ومقدمي الرعاية الصحية لضمان حصول الأطفال على الأطعمة الصحية—المزيد من الفواكه والخضروات والحبوب الكاملة—واستهلاك سعرات حرارية أقل من الأطعمة المصنعة. هدف آخر هو ضمان حصول الأطفال على النشاط البدني. مع زيادة مشاهدة التلفزيون والأنشطة الثابتة مثل ألعاب الفيديو، أصبحت أنماط الحياة الخاملة هي القاعدة. قم بزيارة https://letsmove.obamawhitehouse.archives.gov/ لمعرفة المزيد.