الجهاز الهضمي
تأكل جميع الحيوانات لسبب رئيس هو المحافظة على الحياة عن طريق استفادة أجسامها من الغذاء، وتكمن أهمية الغذاء في توفير الطاقة للحركة، التخلص من الفضلات وضخ الدم لأجزاء الجسم المختلفة. كذلك الغذاء "الطعام" يُوفّر المواد الأولية اللاّزمة لنشأة الخلايا الجديدة ونموها، وكذلك لبناء التالف من أنسجة الجسم، فبدون غذاء لايمكن العيش أو "الحياة".
عملية الهضم
ماهي أهمية الهضم؟
الحالة التي عليها الطعام الذي يتناوله الحيوان ليست مناسبة ولا صحيحة لتوفير الطاقة والمواد الأولية للجسم، فيجب تكسير الطعام إلى مواد أصغر ومن ثمّ إلى جُزيئات صغيرة جداً حتى يمكن أن تستفيد منه الخلايا عن طريق الامتصاص. إن تكسير الطعام إلى جزيئات صغيرة هي وظيفة الجهاز الهضمي، فالهضم هو تكسير الطعام إلى جزيئات صغيرة يستطيع الجسم الاستفادة منها.
عندما يدخل الطعام إلى الجهاز الهضمي يتم تكسيره إلى جزيئات صغيرة، بعدها يقوم الجسم بالاستفادة منها في صنع العظام، الجلد وخلايا الجسم المختلفة كخلايا الكبد. إذا كان للخلايا أن تستفيد من الطعام فلابد أن يتم تكسيره إلى جزيئات صغيرة، فالجزيئات الكبيرة التي لايمكن أن تدخل للخلية، لايمكن للخلية الاستفادة منها.
التغيرات الفيزيائية والكيميائية تساعد على هضم الطعام
يمكن تخيّل الجهاز الهضمي كأنبوبة طويلة، ضيقة في مواقع وواسعة في مواقع أخرى، حيث يتم تكسير الطعام أثناء تحركه فيها. كيف يتم تكسير الطعام لأجزاء "جزيئات" صغيرة مفيدة أثناء مروره في الجهاز الهضمي؟
هناك طريقتان لتكسير الطعام: (1) الطريقة الفيزيائية تشمل تكسير الطعام من قطع كبيرة إلى صغيرة، ومعظمها يتم في الفم عند مضغ الطعام، فعند البدء بمضغ الطعام يعني بداية الهضم. (2) يتم تكسير الطعام كيميائياً ويعني أن الطعام يتم تكسيره بواسطة المواد الكيميائية. التغير الكيميائي يؤدي إلى تكسير الطعام إلى جزيئات، فحالما تتم عملية تحويل الطعام إلى جزيئات، يمكن الاستفادة منه بواسطة الخلايا.
كيف تتم عملية الهضم؟ يصنع الجهاز الهضمي كيماويات خاصة تساعد على عملية الهضم، وهذه الكيماويات تختلط مع الطعام أثناء مروره في الجهاز الهضمي، وهي تسمّى إنزيمات. الإنزيمات هو مواد كيماوية تعمل على تسريع التكسير الكيميائي للطعام لتحويله إلى جزيئات، وبدون إنزيمات سيكون تكسير الطعام بطيئاً جداً.
على سبيل المثال، يمكن تكسير قطعة من الخبز إلى جزيئات صغيرة من السكر تسمى جلوكوز، وتستطيع الخلايا الاستفادة من الجلوكوز. هناك إنزيمات خاصة في الجهاز الهضمي تختلط مع الخبز والتي تعمل على تكسير النشا في الخبز إلى جلوكوز، وهذه العملية تستغرق عدة ساعات فقط.
كيف يعمل الجهاز الهضمي في الإنسان؟
ثلاث مجموعات من الطعام يتم هضمها، فمعظم الطعام الذي تتناوله الحيوانات ينتمي لثلاثة مجموعات، وهي الدهون، البروتينات والكربوهيدرات "النشويات". اللحوم والأسماك والبيض تعتبر من البروتينات. الزبدة وزيوت الطهي تعتبر من الدهون. أمّا الخبز، المكرونة والحبوب فمعظمها كربوهيدرات.
هناك إنزيمات خاصة لكل نوع مختلف من الطعام، فالإنزيمات التي تُكسّر الدهون لاتستطيع تكسير البروتينات والكربوهيدرات، والإنزيمات التي تقوم بتكسير البروتينات لا تُكسّر الدهون والكربوهيدرات، حتى أن هناك إنزيمات تقوم بتكسير نوع معين فقط من الكربوهيدرات، البروتينات أو الدهون. يقوم الجهاز الهضمي بإنتاج عدداً من الإنزيمات المختلفة لكل نوع من الطعام "أو مجموعة من الطعام"، فالكربوهيدرات تتحول إلى سكريات سهلة، الدهون إلى جليسرول وأحماض دهنية، والبروتينات إلى أحماض أمينية.
رحلة عبر الجهاز الهضمي، لنأخذ رحلة عبر الجهاز الهضمي ونرى مايحدث عند أكل ساندوتش هامبرجر، اللحم فيها عبارة عن بروتين، المايونيز عبارة عن دهون والخبز عبارة عن كربوهيدرات، حيث يستغرق زمن هذه الرحلة حوالي 18-20 ساعة.
في الفم تقوم الأسنان بتفتيت اللحم والخبز، وهذه تعتبر تغيرات فيزيائية. لكن الفم مملوء باللعاب واللعاب سائل يحتوي على إنزيم يسمى أمايليز اللعاب salivary amylase والذي يبدأ بعملية هضم الكربوهيدرات وهو تغير كيميائي لقطعة الخبز.
لاحظ أن اللعاب ليس له تأثير كيميائي على البروتين والدهون. يتم إنتاج اللعاب في الغدد اللعابية ويمر اللعاب عبر أنابيب صغيرة إلى الفم، ومن الفم يمر الطعام إلى المريء في حالة البلع، ويقوم المريء بإيصال الطعام إلى المعدة (يساعد اللعاب على مرور الطعام بسهولة عبر المريء إلى المعدة). تعمل عضلات المريء على دفع الطعام إلى أسفل في اتجاه المعدة، والمعدة عضو يحافظ على الطعام بداخله لفترة ويساعد على هضمه.
تقوم الخلايا المبطنة للمعدة بصنع عدة أنواع من الكيماويات، الإنزيمات (ببسين pepsin، رنين renin) وهرمون قاسترين gastrin والذي يحث الإفرازات المعدية، وحمض الهيدروكلوريك hydrochloric acid. يقوم إنزيم الـ ببسين بتكسير البروتينات إلى ببتونز peptones و بروتييز proteases، ويقوم إنزيم الرنين renin بعملية تجبن الحليب). يعمل إنزيم الببسين على تكسير بروتين الهامبرجر "اللحم" بسرعة أكبر عندما يكون مخلوطاً بحمض والذي هو موجود في المعدة "الأس الهيدروجيني للمعدة هو 2 (حامض جداً). لم يحدث أي تغير للدهون بعد، ولكن حدث تكسير كيميائي جزئي للكربوهيدرات والبروتينات بواسطة الإنزيمات.
بعد أربع ساعات تقوم المعدة بدفع الطعام إلى الأمعاء الدقيقة، وهي عبارة عن أنبوبة طويلة (حوالي 7 م) وبها يتم هضم الطعام. هناك العديد من الإنزيمات والمركبات الكيميائية تصل للأمعاء عن طريق البنكرياس والكبد، ويصل البنكرياس بالأمعاء الدقيقة عن طريق أنبوبة "قناة" حيث يتم خلط الطعام الموجود في الأمعاء بإفرازات "عصارات" البنكرياس" من الإنزيمات حيث يقوم كل إنزيم بعمل تغيير كيماوي للدهون، البروتينات أو الكربوهيدرات. كذلك تقوم الإفرازات البنكرياسية وعصائر الأمعاء بمعادلة الأحماض المعدية.
يقوم البنكرياس بصنع العديد من الإنزيمات، منها:
(1) أمايليز البنكرياس pancreatic amylase ويقوم بتكسير الكربوهيدرات "النشا" إلى سكريات ثنائية disaccharide fragments، وتقوم إنزيمات الخلايا الطلائية للأمعاء بتكسير السكريات الثنائية إلى سكريات أحادية (مالتيز maltase يقوم بتكسير المالتوز maltose إلى جزيئين من الجلوكوز، ويقوم إنزيم اللاكتيز lactase بتكسير اللاكتوز إلى جلوكوز وجالاكتوز، ويقوم إنزيم السكريز sucrase بتكسير السكروز إلى جلوكوز وفركتوز) قبل أن يتم امتصاصها. وبهذا يتم إكمال تكسير الكربوهيدرات التي بدأت في الفم والمعدة وانتهت في الأمعاء.
(2) إنزيمات اللايبيز lipase enzymes، والتي تشمل لايبيز البنكرياس pancreatic lipase والذي يقوم بتكسير أو ما يسمى "حلمأة" hydrolysis للدهون إلى أحماض دهنية ومركبات حاوية للجليسرول، و إنزيم كوليسترول إستريز cholesterol esterase يقوم بتكسير المركبات الحاوية للكوليسترول إلى وحدات جزيئية أصغر.
(3) إنزيمات لتكسير البروتينات مثل التريبسين trypsin والتريبسينوجين trypsinogen والكيموتريبسين chymotrypsin وهي تعمل على تكسير البرونين إلى ببتيدات (سلاسل قصيرة من الأحماض الأمينية) وبعض الأحماض الأمينية، يقوم إنزيم آخر كاربوكسي ببتيديز البنكرياس pancreatic carboxypeptidase بتكسير النواتج إلى سلاسل أقصل من الببتيدات والأحماض الأمينية.
(4) هرمونات مثل الجلوكاجون glucagon ويساعد على المحافظة على مستوى السكر في الدم عن طريق تحويله الجلايكوجين إلى جلوكوز، وهرمون الأنسولين الذي يساعد الخلايا على امتصاص السكر من الدم إلى الخلايا.
تقوم الكبد بعمل مادة خاصة وهي السائل المراري bile والذي يقوم بتفتيت الدهون "فيزيائياً"، فالسائل المراري ليس إنزيماً، وهو يُخزّن في المرارة ويصل للأمعاء عن طريق قناة، ويتم تفتيت الدهون بواسطة السائل المراري إلى جزيئات دهنية صغيرة مما يسهل عملية الهضم.
وظائف الكبد:
1. تحتوي الكبد على مايقارب 10% من الدم الموجود في الجسم.
2. يمر الدم في الكبد بسرعة 1.4 لتر في الدقيقة.
3. تقوم الكبد بتخزين الجلايكوجين، الحديد، النحاس، فيتامين "أ" وفيتامينات "ب" وفيتامين "د"، بروثرومبين prothrombin، فايبرونوجين firbronogen والهيبارين heparin.
4. تقوم بتصنيع الكربوهيدرات من الدهن أو من البروتين.
5. ومن الكربوهيدرات أو البروتين، تستطيع الكبد تصنيع الدهون.
6. تقوم بتصنيع الكوليسترول.
7. تقوم الخلايا البلعمية phagocytes بالتخلص من البكتيريا الخ.
8. كذلك تتخلص الكبد من العديد من السموم.
معظم العمليات النهائية للهضم تتم في الأمعاء الدقيقة حيث تقوم الخلايا المبطنة للأمعاء بإفراز العديد من الإنزيمات (كما ذكرت سابقاً) تختلط مع الطعام وتعمل تغيرات كيماوية أخيرة للبروتينات والكربوهيدرات تجعل منهم جزيئات صغيرة يمكن الاستفادة منها، وكذلك يتم هضم الدهون وتحويلها إلى جزيئات صغيرة في الأمعاء الدقيقة، ويمكن للخلايا الاستفادة منها حيث يتم امتصاص المواد الغذائية الموجودة في الطعام "الجزيئات الصغيرة" إلى الدم، ومن هناك إلى جميع أجزاء الجسم.
بعدها يدخل الطعام للأمعاء الغليظة (طولها 1.5 م) وهي عبارة عن أنبوبة تقع قرب نهاية الجهاز الهضمي حيث يتم فيها القليل فقط من عملية الهضم. التغير الرئيس الذي يحدث هنا هو عملية امتصاص الماء الموجود في الطعام وإرجاعه للجسم. الطعام الغير مهضوم والفضلات تخرج من الجسم عن طريق الأمعاء الغليظة بواسطة المستقيم.
ماذا يحدث للطعام بعد الهضم؟
لقد تم تكسير الطعام لجزيئات يمكن الاستفادة منها وهي الآن جاهزة للخلايا الموجودة في الجسم. هذه الجزيئات لايمكن لها البقاء في الأمعاء الدقيقة وإلاّ ما استفاد الجسم منها. فلابد لهذه الجزيئات الوصول لجميع خلايا الجسم ولكن كيف تخرج هذه الجزيئات من الأمعاء الدقيقة؟
إن شكل ووضع البطانة للأمعاء الدقيقة مهمان لعملية خروج الجزيئات. إن الأمعاء الدقيقة هي أنبوبة طويلة ولكن بطانتها ليست ملساء بل هناك العديد من الطيّات الصغيرة جداً كالأصابع والتي تُغطّي سطح الأمعاء الدقيقة بكامله. هذه الطيّات تسمى حليمات villi وكل واحد منها لها أوعية دموية متصلة بها من الداخل والتي تحمل الطعام المهضوم.
كيف ينتقل الطعام المهضوم للأوعية الدموية؟ الإجابة عن طريق الانتشار، وعندما يصل الطعام المهضوم "الجزيئات" للدم، يقوم الدم بنقلها لكل الخلايا. كيف ينتقل الطعام من الأوعية الدموية لخلايا الجسم؟ عن طريق الانتشار أيضاً.
لذلك وجود الحليمات المبطنة للأمعاء الدقيقة يمكّن الأمعاء من امتصاص الكثير من الطعام المهضوم من لو كونها ملساء. هناك حوالي 20-40 حليمة لك مم2 من الأمعاء، والذي يجعل المساحة السطحية للأمعاء حوالي مساحة ملعب تنس. الحليمات تزيد من كمية السطح الذي يكون فيه اتصال مباشر مع الطعام المهضوم، فكلما زادت مساحة سطح الأمعاء الدقيقة، زادت كمية الغذاء المهضوم الذي يمر إلى الدم.
الأجهزة الهضمية المقارن
نظرة لأجهزة هضمية مختلفة
تختلف جميع الكائنات عن الإنسان في جهازها الهضمي، مثالاً، بعض الحيوانات ليس بها أسنان، البعض الآخر بدون حويصلة مرارية، والبعض له معدتان، والبعض بدون جهاز هضمي.
الدودة الشريطية ليس بها جهاز هضمي على الإطلاق وهي تعيش في الأمعاء الدقيقة للحيوانات والإنسان. إن الطعام المهضوم يحيط بهذه الديدان ويمكن للطعام بسهولة الانتشار إلى أجسامهم، وعادةً ماتقوم الدودة بتثبيت نفسها في داخل الأمعاء وتنمو عن طريق الغذاء المهضوم الموجود في أمعاء العائل.
يتكون غذاء البقر من منتجات نباتية كالذرة، الحشائش والتبن. النبات يصعب هضمه ويقضي وقتاً أطول في معدة المجترات (كالبقر والتي معدتها تتكون من 4 أجزاء،) حتى يتم الهضم. البكتيريا الموجودة في المعدة تقوم بهضم السليلوز إلى جلوكوز، والإنسان لا يستطيع هضم السليلوز.
الدجاج ليس له أسنان، ولا يستطيع مضغ الطعام، ولكن القانصة ذات العضلات القوية تقوم بتفتيت الطعام "الحبوب". الأرانب كذلك تتغذى على النباتات، وكما ذكرت النباتات صعبة الهضم، ويوجد في الأرنب المصران الأعور حيث يتم هناك تخمر الطعام وتكسيره.
