34.1: 消化系统
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- 202693
培养技能
- 解释消化和吸收过程
- 比较和对比不同类型的消化系统
- 解释参与处理体内食物的器官的特殊功能
- 描述器官共同消化食物和吸收营养的方式
动物从食用其他生物中获得营养。 根据其饮食习惯,动物可以分为以下几类:食植物(食草动物)、食肉动物(食肉动物)和同时吃动植物的动物(杂食动物)。 食物中存在的营养素和大分子无法立即被细胞获得。 有许多过程会改变动物体内的食物,以使营养素和有机分子可用于细胞功能。 随着动物形态和功能的复杂性进化,它们的消化系统也在进化以适应其各种饮食需求。
食草动物、杂食动物和食肉动物
食草动物是其主要食物来源为植物性食物的动物。 如图所示,食草动物的例子\(\PageIndex{1}\)包括鹿等脊椎动物、考拉和一些鸟类,以及蟋蟀、毛毛虫等无脊椎动物。 这些动物已经进化出能够处理大量植物物质的消化系统。 食草动物可以进一步分为 frugivores(吃水果的人)、granivores(食种子)、nectivores(花蜜喂食者)和叶状动物(食叶者)。
食肉动物是吃其他动物的动物。 食肉动物这个词源自拉丁语,字面意思是 “食肉者”。 图\(\PageIndex{2}\) a 所示的野猫如狮子和老虎是脊椎动物食肉动物的例子,蛇和鲨鱼也是如此,而无脊椎动物食肉动物包括海星、蜘蛛和瓢虫,如图\(\PageIndex{2}\) b 所示。专有食肉动物是那些完全依靠动物肉来获得食肉的动物营养素;专有食肉动物的例子是猫科的成员,例如狮子和猎豹。 兼性食肉动物是指除动物食物之外还吃非动物性食物的食肉动物。 请注意,没有明确的界限可以区分兼性食肉动物和杂食动物;狗将被视为兼性食肉动物。
杂食动物是同时吃植物和动物衍生食物的动物。 在拉丁语中,杂食动物意味着吃掉所有东西。 人类、熊(如图\(\PageIndex{3}\) a 所示)和鸡就是脊椎动物杂食动物的例子;无脊椎杂食动物包括蟑螂和小龙虾(如图\(\PageIndex{3}\) b 所示)。
无脊椎动物消化系统
动物进化出不同类型的消化系统,以帮助消化它们食用的不同食物。 最简单的例子是胃血管腔,存在于只有一个消化开口的生物体中。 Platyhelminthes(扁虫)、Ctenophora(梳状果冻)和刺胞菌(珊瑚、海蜇和海葵)都使用这种消化方式。 如图\(\PageIndex{4}\) a 所示,胃血管腔通常是盲管或空腔,只有一个开口,即 “嘴”,也可用作 “肛门”。 摄入的物质进入口腔并穿过一个空心的管状空腔。 腔内细胞分泌消化酶,分解食物。 食物颗粒被胃血管腔内的细胞吞没。
如图\(\PageIndex{4}\) b 所示,消化道是一个更先进的系统:它由一根管子组成,一端有嘴,另一端是肛门。 蚯蚓,就是有消化道的动物的一个例子。 一旦食物通过口腔摄入,它就会通过食道储存在一个叫做农作物的器官中;然后它会进入 gizzard,在那里搅拌和消化。 从 gizzard 中,食物通过肠道,营养物质被吸收,废物作为粪便(称为铸件)通过肛门被消除。
脊椎动物消化系统
脊椎动物已经进化出更复杂的消化系统来适应他们的饮食需求。 有些动物有单胃,而另一些动物有多腔胃。 鸟类已经开发出一种适合吃未经咀嚼的食物的消化系统。
Monogastric:单腔胃
正如 monogast ry 这个词所暗示的那样,这种消化系统由一个(“单”)胃室(“胃”)组成。 如图所示,人类和许多动物都有单胃消化系统\(\PageIndex{5}\)。 消化过程从口腔和食物摄入开始。 牙齿在咀嚼(咀嚼)或物理分解食物成小颗粒方面起着重要作用。 唾液中存在的酶也开始化学分解食物。 食道是一根连接口腔和胃部的长管。 使用蠕动或波浪状平滑肌收缩,食道的肌肉将食物推向胃部。 为了加快胃中酶的作用,胃是一个极其酸性的环境,pH 值介于 1.5 到 2.5 之间。 胃液包括胃中的酶,作用于食物颗粒并继续消化过程。 食物的进一步分解发生在小肠中,肝脏、小肠和胰腺产生的酶继续消化过程。 这些营养物质通过小肠壁内的上皮细胞被吸收到血液中。 废物流入大肠,在那里吸收水分,然后将较干燥的废物压实成粪便;它会被储存直到通过直肠排出体外。
禽类
鸟类在从食物中获取营养时面临特殊挑战。 它们没有牙齿,因此他们的消化系统必须能够处理未咀嚼的食物\(\PageIndex{6}\),如图所示。 鸟类进化出各种类型的嘴,反映了它们饮食的多样性,从种子和昆虫到水果和坚果不等。 因为大多数鸟类都会飞,所以它们的新陈代谢率很高,以便有效地处理食物并保持较低的体重。 鸟的胃有两个腔室:p roventriculus,在食物进入胃之前产生胃液以消化食物;gizzard,用于储存、浸泡和机械研磨食物。 未消化的物质会形成食物颗粒,有时会反流。 大多数化学消化和吸收发生在肠道中,废物通过泄殖腔排出体外。
进化连接:鸟类适应
鸟类具有高效、简化的消化系统。 最近的化石证据表明,鸟类与其他陆地动物的进化差异以精简和简化消化系统为特征。 与许多其他动物不同,鸟没有牙齿可以咀嚼食物。 它们有锋利的尖嘴代替嘴唇。 鸟儿的角质嘴、缺少下巴和较小的舌头可以追溯到它们的恐龙祖先。 这些变化的出现似乎与鸟类饮食中加入种子相吻合。 吃种子的鸟的喙的形状适合抓种子,两个隔间的胃允许分派任务。 由于鸟类需要保持轻盈才能飞行,因此它们的新陈代谢率非常高,这意味着它们消化食物非常快,需要经常进食。 与此形成鲜明对比的是,反刍动物消化植物物质需要很长时间。
反刍动物
反刍动物主要是食草动物,如牛、绵羊和山羊,它们的全部饮食包括食用大量的粗饲料或纤维。 他们进化出消化系统,帮助他们消化大量的纤维素。 反刍动物口腔的一个有趣特征是它们没有上门牙。 他们用下牙、舌头和嘴唇撕裂和咀嚼食物。 食物从口腔流入食道,然后流入胃。
为了帮助消化大量的植物物质,反刍动物的胃是一种多腔器官,如图所示\(\PageIndex{7}\)。 胃的四个隔室被称为瘤胃、网状、omasum 和 abomasum。 这些腔室含有许多微生物,这些微生物会分解纤维素并发酵摄入的食物。 abomasum 是 “真正的” 胃,相当于分泌胃液的单胃室。 四个隔室的胃室提供了更大的空间和消化反刍动物体内植物物质所需的微生物支持。 发酵过程会在胃腔中产生大量气体,必须将其消除。 与其他动物一样,小肠在营养吸收中起着重要作用,而大肠有助于消除废物。
伪反刍动物
有些动物,例如骆驼和羊驼,是伪反刍动物。 他们吃了大量的植物材料和粗饲料。 消化植物材料并不容易,因为植物细胞壁含有聚合糖分子纤维素。 这些动物的消化酶无法分解纤维素,但消化系统中存在的微生物可以。 因此,消化系统必须能够处理大量的粗饲料并分解纤维素。 假反刍动物在消化系统中有三腔胃。 但是,它们的 cecum(大肠起始处的袋状器官,里面含有许多消化植物物质所必需的微生物)很大,是粗饲料被发酵和消化的场所。 这些动物没有瘤胃,但有 omasum、abomasum 和 reticulum。
消化系统的各个部分
脊椎动物消化系统旨在促进食物转化为维持生物体的营养成分。
口腔
口腔或口腔是食物进入消化系统的入口,如图所示\(\PageIndex{8}\)。 消耗的食物通过咀嚼(牙齿的咀嚼作用)分解成较小的颗粒。 所有哺乳动物都有牙齿,可以咀嚼食物。
消化的广泛化学过程始于口腔。 咀嚼食物时,唾液腺产生的唾液会与食物混合。 唾液是许多动物口腔中产生的一种水状物质。 有三个主要腺体分泌唾液——腮腺、下颌下和舌下。 唾液含有粘液,可滋润食物并缓冲食物的 pH 值。 唾液还含有免疫球蛋白和溶菌酶,它们具有抗菌作用,通过抑制某些细菌的生长来减少蛀牙。 唾液还含有一种叫做唾液淀粉酶的酶,该酶开始了将食物中的淀粉转化为称为麦芽糖的二糖的过程。 另一种叫做脂肪酶的酶是由舌头中的细胞产生的。 脂肪酶是一类可以分解甘油三酯的酶。 舌脂酶开始分解食物中的脂肪成分。 牙齿和唾液提供的咀嚼和润湿作用使食物制成一种称为推注的肿块,用于吞咽。 舌头有助于吞咽——将推注从口腔移入咽部。 咽部通向两条通道:通往肺部的气管和通往胃的食道。 气管有一个叫做声门的开口,上面覆盖着一个叫做会厌的软骨皮瓣。 吞咽时,会厌会闭合声门,食物进入食道而不是气管。 这种安排可以防止食物进入气管。
食道
食道是连接口腔和胃的管状器官。 咀嚼过的软化食物在被吞下后会通过食道。 食道的平滑肌会经历一系列波浪,例如称为蠕动的运动,这些运动将食物推向胃部,如图所示\(\PageIndex{9}\)。 蠕动波是单向的,它将食物从口腔转移到胃部,反向运动是不可能的。 食道的蠕动运动是一种非自愿的反射;它是对吞咽行为的反应而发生的。
一种叫做括约肌的环状肌肉在消化系统中形成瓣膜。 胃食管括约肌位于食道的胃端。 为了应对吞咽和推注食物所施加的压力,这个括约肌会打开,推注进入胃中。 当没有吞咽作用时,这个括约肌会被关闭,防止胃中的内容物向食道上移动。 许多动物都有真正的括约肌;但是,在人类中,没有真正的括约肌,但是当没有吞咽作用时,食道会保持封闭状态。 当酸性消化液逸入食道时,就会发生胃酸倒流或 “胃灼热”。
胃
消化的很大一部分发生在胃中,如图所示\(\PageIndex{10}\)。 胃是分泌胃消化液的囊状器官。 胃中的 pH 值介于 1.5 到 2.5 之间。 这种高酸性环境是食物化学分解和营养素提取所必需的。 空腹时,胃是一个相当小的器官;但是,当充满食物时,它可以膨胀到静止大小的20倍。 这种特性对于在有食物时需要进食的动物特别有用。
艺术连接
以下关于消化系统的陈述中哪一项是错误的?
- Chyme 是食物和消化液的混合物,在胃中产生。
- 食物先进入大肠,然后进入小肠。
- 在小肠中,chyme 与胆汁混合,胆汁会乳化脂肪。
- 胃被幽门括约肌与小肠分开。
胃也是反刍动物以外的动物消化蛋白质的主要部位。 蛋白质消化由胃腔中一种叫做胃蛋白酶的酶介导。 胃蛋白酶由胃中的主要细胞以一种称为胃蛋白酶原的非活性形式分泌。 胃蛋白酶会破坏肽键并将蛋白质分解成较小的多肽;它还有助于激活更多的胃蛋白酶原,启动产生更多胃蛋白酶的正反馈机制。 另一种细胞类型——壁细胞——分泌氢和氯离子,它们在管腔中结合形成盐酸,盐酸是胃液的主要酸性成分。 盐酸有助于将非活性胃蛋白酶原转化为胃蛋白酶。 高酸性环境还会杀死食物中的许多微生物,再加上胃蛋白酶的作用,导致食物中蛋白质的水解。 胃的搅动作用促进了化学消化。 平滑肌的收缩和放松大约每 20 分钟就会混合一次胃部内容物。 部分消化的食物和胃液混合物被称为 chyme。 Chyme 从胃传递到小肠。 进一步的蛋白质消化发生在小肠中。 胃排空发生在饭后两到六小时内。 一次只有少量的 chyme 被释放到小肠中。 chyme 从胃到小肠的运动受幽门括约肌的调节。
消化蛋白质和一些脂肪时,必须保护胃壁免受胃蛋白酶消化。 在描述如何保护胃壁时,有两点需要考虑。 首先,如前所述,胃蛋白酶是以非活性形式合成的。 这可以保护主细胞,因为胃蛋白酶原不具有与胃蛋白酶相同的酶功能。 其次,胃有厚厚的粘液衬里,可以保护底层组织免受消化液的作用。 当粘液内膜破裂时,胃中就会形成溃疡。 溃疡是指由细菌(幽门螺杆菌)引起的器官内部或之上的开放性伤口,当粘液内膜破裂且无法再生时。
小肠
Chyme 从胃移到小肠。 小肠是完成蛋白质、脂肪和碳水化合物消化的器官。 小肠是一种长管状器官,表面高度折叠,含有称为绒毛的手指状突起。 每个绒毛的顶部表面都有许多称为微绒毛的微观投影。 如图所示\(\PageIndex{11}\),这些结构在腔内两侧衬有上皮细胞,允许营养物质从消化的食物中吸收,另一侧被血液吸收。 绒毛和微绒毛有许多褶皱,增加了肠道的表面积并提高了营养素的吸收效率。 血液中吸收的营养物质被带入肝门静脉,从而通向肝脏。 在那里,肝脏调节营养物质向身体其他部位的分布,并去除有毒物质,包括药物、酒精和一些病原体。
艺术连接
以下关于小肠的陈述中哪一项是错误的?
- 排列在小肠中的吸收性细胞有微绒毛,这些微小的突起物会增加表面积并有助于食物吸收。
- 小肠内部有许多褶皱,称为绒毛。
- 微绒毛内衬有血管和淋巴管。
- 小肠的内部被称为管腔。
人类小肠长度超过6m,分为三个部分:十二指肠、空肠和回肠。 小肠的 “C 形” 固定部分称为十二指肠,如图所示\(\PageIndex{11}\)。 十二指肠由幽门括约肌与胃分开,幽门括约肌打开,允许 chyme 从胃移动到十二指肠。 在十二指肠中,chyme 与胰液混合在富含碳酸氢盐的碱性溶液中,这种溶液中和 chyme 的酸度并起到缓冲作用。 胰液还含有几种消化酶。 来自胰腺、肝脏和胆囊的消化液以及来自肠壁本身腺细胞的消化液进入十二指肠。 胆汁在肝脏中产生,储存并浓缩在胆囊中。 胆汁含有乳化脂质的胆汁盐,而胰腺会产生分解淀粉、二糖、蛋白质和脂肪的酶。 这些消化液将 chyme 中的食物颗粒分解成葡萄糖、甘油三酯和氨基酸。 食物的一些化学消化发生在十二指肠中。 十二指肠中也会吸收脂肪酸。
小肠的第二部分称为空肠,如图所示\(\PageIndex{11}\)。 在这里,营养素的水解仍在继续,而大多数碳水化合物和氨基酸通过肠壁吸收。 大部分化学消化和营养吸收发生在空肠中。
回肠也如图所示,\(\PageIndex{11}\)是小肠的最后一部分,在这里,胆汁盐和维生素被血液吸收。 未消化的食物通过肌肉的蠕动运动从回肠输送到结肠。 回肠结束,大肠从回盲瓣开始。 vermiform “蠕虫状” 的阑尾位于回盲瓣处。 人类的阑尾不分泌酶,在免疫中的作用微不足道。
大肠
如图\(\PageIndex{12}\)所示,大肠重新吸收未消化的食物中的水分并处理废物。 与小肠相比,人类大肠的长度要小得多,但直径更大。 它有三个部分:盲肠、结肠和直肠。 盲肠将回肠与结肠相连,是废物的接收袋。 结肠是许多有助于消化过程的细菌或 “肠道菌群” 的家园。 结肠可分为四个区域:升结肠、横结肠、降结肠和乙状结肠。 结肠的主要功能是从未消化的食物中提取水和矿物盐,并储存废物。 由于饮食原因,食肉哺乳动物的大肠比草食性哺乳动物要短。
直肠和肛门
直肠是大肠的末端,如图所示\(\PageIndex{12}\)。 直肠的主要作用是储存粪便直至排便。 在排泄过程中,粪便是通过蠕动运动推动的。 肛门是消化道远端的开口,也是废物的出口点。 直肠和肛门之间的两个括约肌控制消除:内括约肌是非自愿的,外括约肌是自愿的。
辅助器官
上面讨论的器官是食物通过的消化道器官。 辅助器官是添加分泌物(酶)的器官,这些分泌物(酶)将食物分解为营养素。 辅助器官包括唾液腺、肝脏、胰腺和胆囊。 肝脏、胰腺和胆囊受激素的调节,以应对食用的食物。
肝脏是人类最大的内脏器官,它在消化脂肪和排毒血液中起着非常重要的作用。 肝脏会产生胆汁,胆汁是分解十二指肠中食物脂肪成分所必需的消化液。 肝脏还处理维生素和脂肪,合成许多血浆蛋白。
胰腺是分泌消化液的另一个重要腺体。 胃中产生的 chyme 本质上是高酸性的;胰液中含有高含量的碳酸氢盐,碳酸氢盐是一种中和酸性 chyme 的碱。 此外,胰液中含有消化蛋白质和碳水化合物所需的多种酶。
胆囊是一个小器官,它通过储存胆汁和浓缩胆汁盐来帮助肝脏。 当含有脂肪酸的 chyme 进入十二指肠时,胆汁会从胆囊分泌到十二指肠中。
摘要
不同的动物进化出不同类型的消化系统,专门满足其饮食需求。 人类和许多其他动物都有单胃消化系统和单腔胃。 鸟类已经进化出一种消化系统,其中包括 gizzard,食物被压碎成小块。 这弥补了他们无法咀嚼的情况。 消耗大量植物材料的反刍动物具有消化粗饲料的多腔胃。 伪反刍动物的消化过程与反刍动物相似,但没有四室胃。 加工食物包括摄入(进食)、消化(大分子的机械和酶分解)、吸收(细胞吸收营养素)和排除(将未消化的废物作为粪便去除)。
许多器官共同消化食物和吸收营养。 口腔是摄取点,也是食物机械和化学分解开始的地方。 唾液含有一种叫做淀粉酶的酶,可分解碳水化合物。 食物丸通过蠕动运动穿过食道到达胃部。 胃的环境非常酸性。 一种叫做胃蛋白酶的酶消化胃中的蛋白质。 进一步的消化和吸收发生在小肠中。 大肠重新吸收未消化食物中的水分,储存废物直至消除。
艺术联系
图\(\PageIndex{10}\):以下关于消化系统的陈述中哪一项是错误的?
- Chyme 是食物和消化液的混合物,在胃中产生。
- 食物先进入大肠,然后进入小肠。
- 在小肠中,chyme 与胆汁混合,胆汁会乳化脂肪。
- 胃被幽门括约肌与小肠分开。
- 回答
-
B
图\(\PageIndex{11}\):以下关于小肠的陈述中哪一项是错误的?
- 排列在小肠中的吸收性细胞有微绒毛,这些微小的突起物会增加表面积并有助于食物吸收。
- 小肠内部有许多褶皱,称为绒毛。
- 微绒毛内衬有血管和淋巴管。
- 小肠的内部被称为管腔。
- 回答
-
C
词汇表
- 消化道
- 带有口腔和肛门的管状消化系统
- 肛门
- 废料的出口点
- 胆汁
- 肝脏产生的消化液;对消化脂质很重要
- 丸
- 咀嚼作用和唾液润湿产生大量食物
- 食肉动物
- 食用动物肉的动物
- chyme
- 部分消化的食物和胃液的混合物
- 十二指肠
- 小肠的第一部分,其中大部分是消化碳水化合物和脂肪的地方
- 食管
- 连接口腔和胃部的管状器官
- 胆囊
- 储存和浓缩胆汁的器官
- 胃血管腔
- 消化系统由单个开口组成
- 胗
- 研磨食物的肌肉器官
- 食草动物
- 严格食用植物饮食的动物
- 回肠
- 小肠的最后一部分;连接小肠和大肠;对吸收 B-12 很重要
- 空肠
- 小肠的第二部分
- 大肠
- 消化系统器官,从未消化的物质中重新吸收水分并处理废物
- 脂肪酶
- 化学分解脂质的酶
- 肝
- 产生用于消化的胆汁并处理维生素和脂质的器官
- monogast
- 由单腔胃组成的消化系统
- 杂食动物
- 同时食用植物和动物的动物
- 胰腺
- 分泌消化液的腺体
- 胃蛋白酶
- 胃中发现的酶,其主要作用是蛋白质消化
- 胃蛋白酶原
- 胃蛋白酶的非活性形式
- 蠕动
- 肌肉组织的波浪状运动
- proventriculus
- 鸟胃的腺体部分
- 直肠
- 体内储存粪便直至排出粪便的区域
- 粗加的
- 能量低、纤维含量高的食物成分
- 沉思的
- 有胃分为四个隔间的动物
- 唾液淀粉酶
- 唾液中发现的酶,可将碳水化合物转化为麦芽糖
- 小肠
- 完成蛋白质、脂肪和碳水化合物消化的器官
- 括约肌
- 控制物质在整个消化道运动的肌肉带
- 胃
- 含有酸性消化液的囊状器官
- 绒毛
- 小肠内表面有褶皱,其作用是增加吸收面积