Virškinimo sistema: maisto kelionė

Virškinimo sistema yra sudėtinga ir efektyvi „perdirbimo gamykla“, kurios pagrindinė funkcija – paversti sudėtingas maisto molekules (polimerus), tokias kaip baltymai, riebalai ir angliavandeniai, į paprastus, organizmo ląstelių pasisavinamus vienetus (monomerus). Šis procesas apima du pagrindinius etapus: mechaninį virškinimą (smulkinimą) ir cheminį virškinimą (skaidymą fermentais).

Virškinimo sistemą sudaro ilgas, raumeningas virškinamasis traktas (burna, ryklė, stemplė, skrandis, plonoji ir storoji žarnos) ir su juo susijusios virškinimo liaukos (seilių liaukos, kasa, kepenys, tulžies pūslė), kurios gamina virškinimui būtinus fermentus ir kitas medžiagas. Šioje temoje nagrinėsime maisto kelionę per visą virškinamąjį traktą, detaliai analizuodami, kokie procesai vyksta kiekviename etape, kaip reguliuojama virškinimo veikla ir kaip įvairūs organizmai prisitaikė virškinti skirtingą maistą.

📸 Iliustracija per Google Vaizdus: Infografikas, vaizduojantis virškinamąjį traktą kaip konvejerį su pažymėtais organais ir jų funkcijomis.

Įvairių maisto produktų virškinimas reikalauja skirtingų fermentų ir sąlygų. Sutrikus bent vienai grandžiai, kyla virškinimo problemų.

Virškinimo sistemos sandara yra tiesiogiai susijusi su gyvūno mitybos būdu. Prisitaikymai leidžia maksimaliai efektyviai išgauti energiją iš specifinio maisto.

Teoriškai išnagrinėjus fermentų vaidmenį, laikas praktiškai ištirti, kaip skirtingos sąlygos veikia jų aktyvumą.

Užduotis: ištirkite fermento amilazės aktyvumą

• Interaktyvus modelis: Fermentų aktyvumas
  • Ką darysite? Virtualioje laboratorijoje tirsit, kaip keičiasi krakmolo skilimo greitis, veikiant seilių amilazei, priklausomai nuo temperatūros ir pH. Krakmolo buvimą nustatysite naudodami jodo tirpalą.
  • Tikslas: Nustatyti optimalias amilazės veikimo sąlygas. Paaiškinti, kodėl aukšta temperatūra (>40°C) ir labai rūgšti/šarminė terpė denatūruoja fermentą ir negrįžtamai sustabdo jo veiklą.

Cheminis virškinimas yra absoliučiai priklausomas nuo fermentų, kurie pasižymi substratiniu specifiškumu – kiekvienas fermentas skaido tik tam tikrą molekulę.

Zimogenai: Daugelis baltymus skaidančių fermentų (proteazių), tokių kaip pepsinas ir tripsinas, yra sintetinami kaip neaktyvūs pirmtakai – zimogenai (pepsinogenas, tripsinogenas). Tai yra apsauginis mechanizmas, neleidžiantis fermentams suvirškinti pačių ląstelių, kurios juos gamina. Jie aktyvuojami tik patekę į virškinamojo trakto spindį: pepsinogeną aktyvuoja druskos rūgštis (HCl), o tripsinogeną – kitas fermentas enterokinazė.

Virškinimo sistemos ligos yra labai paplitusios ir gali paveikti bet kurią trakto dalį, sukeldamos įvairius simptomus ir komplikacijas.

Virškinimo procesas yra griežtai reguliuojamas, siekiant, kad fermentai ir sultys būtų išskiriami tinkamu laiku ir tinkamoje vietoje. Jį valdo tiek nervų, tiek endokrininė sistemos.

Pagrindiniai virškinimo hormonai

Kepenys atlieka daugiau nei 500 gyvybiškai svarbių funkcijų. Visas kraujas iš virškinamojo trakto pirmiausia patenka į kepenis per vartų venos sistemą. Tai leidžia kepenims apdoroti pasisavintas maisto medžiagas ir neutralizuoti toksinus, prieš kraujui patenkant į bendrą apytaką.

Svarbiausios kepenų funkcijos:

• Metabolinės funkcijos:
  • Angliavandenių apykaita: Palaiko pastovų gliukozės lygį kraujyje (glikogenezė, glikogenolizė, gliukoneogenezė).
  • Baltymų apykaita: Sintetina beveik visus kraujo plazmos baltymus (albuminą, krešėjimo faktorius), peramina aminorūgštis, amoniaką paverčia mažiau toksišku šlapalu.
  • Lipidų apykaita: Sintetina cholesterolį, trigliceridus, gamina tulžies rūgštis.
• Kaupimo funkcija: Kaupia glikogeną, geležį, riebaluose tirpius vitaminus (A, D, E, K) ir vitaminą B12.
• Detoksikacijos funkcija: Neutralizuoja ir nukenksmina organizme susidariusius (amoniakas) ir iš išorės patekusius (alkoholis, vaistai, toksinai) nuodus, paversdamos juos tirpiais vandenyje junginiais, kurie gali būti pašalinti per inkstus.
• Sekrecijos funkcija: Gamina ir išskiria tulžį.

Plonoji žarna yra pagrindinė maisto medžiagų įsiurbimo vieta. Dėl didelio paviršiaus ploto (gaureliai ir mikrogaureliai jį padidina iki ~200 m², kas prilygsta teniso kortui) ir specifinių transporto mechanizmų, absorbcija vyksta itin efektyviai. Skirtingi monomerai pasisavinami skirtingais būdais.

📸 Iliustracija per Google Vaizdus: Detali žarnos gaurelio schema, kurioje matyti epitelio ląstelės, kraujo kapiliarai ir limfos kapiliaras (laktealas) bei rodyklėmis pavaizduotas skirtingų medžiagų patekimo kelias.

Svarbi detalė: Riebalai ir juose tirpūs vitaminai keliauja limfa, aplenkdami kepenis pirminiame etape. Tai apsaugo organizmą nuo staigaus didelio riebalų kiekio patekimo į kepenis.

Situacija: 50 metų, antsvorio turinti moteris po riebios vakarienės pajuto staigų, stiprų, spazminį skausmą dešinėje pašonėje, plintantį į nugarą ir petį. Skausmą lydi pykinimas, vėmimas. Po kelių dienų pacientė ir jos artimieji pastebėjo, kad pagelto jos oda ir akių odenos, patamsėjo šlapimas, o išmatos tapo labai šviesios (acholinės).

Įtarimas: Simptomų kompleksas – skausmas po riebaus maisto ir gelta – leidžia įtarti tulžies pūslės akmenligę su komplikacija. Dėl cholesterolio pertekliaus tulžyje susiformavo akmenys. Vienas iš jų, tulžies pūslei susitraukus po riebaus maisto, greičiausiai įstrigo bendrajame tulžies latake.

Mechanizmas:

1. Skausmas: Įstrigęs akmuo neleidžia tulžiai nutekėti, todėl didėja spaudimas tulžies latakuose, sukeliantis stiprų spazminį skausmą (tulžies diegliai).
2. Gelta (ikterusas): Dėl latako obstrukcijos tulžis nebegali patekti į dvylikapirštę žarną. Tulžies pigmentas bilirubinas (susidarantis yrant seniems eritrocitams kepenyse) pradeda kauptis kraujyje. Padidėjusi bilirubino koncentracija nusėda odoje ir gleivinėse, nudažydama jas geltonai.
3. Patamsėjęs šlapimas: Perteklinis bilirubinas filtruojamas per inkstus ir išskiriamas su šlapimu, nudažydamas jį tamsia, arbatos spalva.
4. Pašviesėjusios išmatos: Kadangi bilirubinas (ir jo skilimo produktai, suteikiantys išmatoms rudą spalvą) nebepatenka į žarnyną, išmatos tampa molio spalvos.

Išvada: Tai puikus pavyzdys, kaip vienos virškinimo sistemos dalies mechaninis sutrikimas sukelia grandininę reakciją, pasireiškiančią simptomais visame organizme ir aiškiai matomais pokyčiais.

Sveika mityba yra ne tik tinkamas baltymų, riebalų ir angliavandenių balansas. Svarbi ir maisto kokybė, kurią apibūdina tokie rodikliai kaip skaidulų kiekis ir glikeminis indeksas.

Maistinės skaidulos (ląsteliena)

Tai augalinės kilmės angliavandeniai (daugiausia celiuliozė, hemiceliuliozė, pektinai), kurių žmogaus virškinimo fermentai neskaido. Jos nepasisavinamos plonojoje žarnoje, bet atlieka gyvybiškai svarbias funkcijas storojoje žarnoje ir visame organizme:

• Vandens sugėrimas: Išbrinksta, didina išmatų tūrį, gerina žarnyno peristaltiką ir apsaugo nuo vidurių užkietėjimo.
• Prebiotinis poveikis: Yra maistas gerajai žarnyno mikrobiotai. Bakterijos fermentuoja skaidulas, gamindamos trumpų grandinių riebalų rūgštis (pvz., butiratą), kurios maitina storosios žarnos ląsteles ir pasižymi priešuždegiminiu poveikiu.
• Cholesterolio mažinimas: Tirpiosios skaidulos (pvz., avižose, ankštiniuose) gali surišti tulžies rūgštis ir skatinti jų pasišalinimą. Tai verčia kepenis gaminti naujas tulžies rūgštis iš cholesterolio, taip mažinant jo kiekį kraujyje.
• Gliukozės absorbcijos lėtinimas: Lėtina skrandžio išsituštinimą ir gliukozės pasisavinimą, taip padėdamos išvengti staigių cukraus šuolių kraujyje.

Glikeminis indeksas (GI)

Tai rodiklis, parodantis, kaip greitai angliavandenių turintis maisto produktas padidina gliukozės koncentraciją kraujyje, palyginti su gryna gliukoze (kurios GI = 100).