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消化系统

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消化系统(英语:digestive system)是多细胞生物用以进食消化食物、获取能量和营养、排遗剩余废物的一组器官,其主要功能为摄食、消化吸收同化排遗。其中有关排遗的部分,也可归类到排遗系统英语Excretory system的一部分[1]

构造

消化系统的构造差异可以大略分为囊状消化系统与管状消化系统。囊状消化系统具有囊状的消化腔,通常如水螅水母海葵水生动物,它们大都使用消化腔开口的触手补食猎物,而消化完之残渣亦由同一开口排出。管状消化系统则具备消化道,有口腔及肛门两个口呈现一管状构造。脊椎动物为此类。[2]

所有的哺乳动物都有一个由口腔经食道等的消化系统,可将食物分解为身体可利用的简单物质。食物进入嘴巴之后,就会开始进行消化过程。食物从胃被送入小肠后,各种各样的就开始消化碳水化合物也就是糖类蛋白质脂肪。消化的食物养分透过肠壁被吸收,未被消化的物质则直接被排出体外。消化过程是动物从食物中获取能量的第一步。[3]

某些动物只能在含有适当营养素的环境中生存,像蚯蚓就是食用沉积物的动物,他们在土中打洞并顺便吃掉前面土壤。它们的消化系统会分解掉土壤中的有机物,并将废物排出。 很多昆虫完全靠吸食液体生存,通常会生有特殊的管状口器以便于进食,它们的口器通常有尖锐的尖端,像是蝴蝶就有长长的虹吸式口器,用以刺入植物的茎或动物的皮肤,如吸血的蚊子、吸取植物汁液的蚜虫[3]

消化过程

动物必须借由摄食食物透过消化过程吸取需要的养分,提供给动物的生理与生长发育过程提供能量。[2]

哺乳动物吞下食物到胃里后,胃里的一种强酸性物质会将食物部分分解,然后小肠和大肠吸收所有已消化的食物和水分。胰腺制造中和胃酸的物质。但是植物性食物会在盲肠中消化。[3]

草食性动物的消化系统较为特别,尤其是反刍动物通常消化系统会分为好几部分,有助于其消化草、树叶等不易消化的植物,所以食物咽下后会先进瘤胃的消化室内,让其中的微生物帮助分解。植物慢慢分解后,再将食物吐出到口中细细咀嚼,这就叫反刍。反刍后的食物再依次通过其他各胃室,如网胃瓣胃皱胃[3]

草食性动物只能吃植物,肉食动物只能吃肉类,而杂食性动物可以吃多样的食物。

某些动物的消化是在体外进行的,其中蜘蛛是典型的进行体外消化的动物。它们抓到一只昆虫之后,会向昆虫注入一种含的液体,等酶分解了昆虫身体,蜘蛛再去吸取昆虫的体内营养汁液,这就是体外消化。[4]

动物的消化系统

牛的消化系统一部分-胃部
牛的消化系统一部分-胃部

动物的消化系统由构造的差异可粗分为胞内消化和囊状消化系统还有管状消化系统。

胞内消化在细胞内进行,且用伪足或细胞膜凹陷形成食泡,在与溶小体结合,利用水解酶进行分解,如海绵等单细胞生物。

囊状消化系统具有囊状的消化腔,通常如水螅水母海葵等水生生物,它们大都使用消化腔开口的触手捕食猎物,而消化完之残渣亦由同一开口排出。

管状消化系统则拥有消化道,有口腔及肛门两个口呈现一管状构造。通常如蚯蚓螳螂鸟类哺乳类皆为此类。

人类的消化系统

人类消化系统示意图

人体的消化系统主要由消化道消化腺组成。一个正常男性成人的消化道大约长6.5米,由上消化道和下消化道组成。消化道是一条连接口腔和肛门的管道,由许多负责处理食物的构造组成。消化腺能分泌消化液以消化食物。

人类的上消化道由食道组成。[5]口包含口腔黏膜,唾液腺,舌头和牙齿。在口后面是连接着一条由肌肉组成的中空管道,即食道。食道通过肌肉的收缩和放松,把食物向下推,穿过横膈膜到达胃。[6]

下消化道包括肠和肛门。肠是消化系统中,由肛门之间的消化管道,为大部分化学消化过程的所在地,将食物营养吸收。 小肠环状皱壁英语Circular folds及绒毛,与微绒毛。可以增加肠道的表面积。绒毛内包含乳糜管及微血管,乳糜管吸收脂溶性养分,如:甘油、脂肪酸、维生素ADEK等。微血管吸收水溶性养分,如:单糖、氨基酸、维生素BC等。空肠可吸收像氨基酸脂肪酸等的养分。回肠肠绒毛可以吸收维生素B12胆汁酸,也可以吸收其他养分。 大肠盲肠,连接着阑尾结肠,包括升结肠横结肠降结肠乙状结肠,结肠的作用是吸收水分,但其中也有一些可以生成维生素K的细菌。直肠,是人的消化系统的一部分,它是的最后一部分,位于肛门的前面,其作用是积累粪便。当直肠中的粪便积累到一定程度后就会向大脑通知这个状态,以便排便。最后由肛门排出粪便。

人类消化腺又分为小消化腺和大消化腺两种。 小消化腺是散在于消化管各部的管壁内的小腺体。这类腺体数量甚多,如胃腺、肠腺等: 大消化腺位于消化道外,它们主要通过导管将分泌物排入消化道内。大消化腺主要有:三对唾液腺(腮腺、下颌下腺、舌下腺)、肝脏胰脏

食物通过消化道需要的时间会随许多因素而不同,吃饭后约需要一个小时的时间,胃部才会有一半排空,要二个小时胃部才会全部排空,让食物进入小肠。小肠一半排空也需要一至二个小时,食物到达结肠约需12至50小时,会随个别情形有很大的差异[7][8]

组织

肠壁正常组织 gland:腺 Muscularis:肌层 submucosa:黏膜下层 circular muscle:环形肌 longitudinal muscle:纵肌 serosa:浆膜 peritoneum:腹膜 mucosa:黏膜 villi:绒毛 tubular gland:管状腺 mesentery:肠系膜
肠壁正常组织
gland:腺
Muscularis:肌层
submucosa:黏膜下层
circular muscle:环形肌
longitudinal muscle:纵肌
serosa:浆膜
peritoneum:腹膜
mucosa:黏膜
villi:绒毛
tubular gland:管状腺
mesentery:肠系膜

消化道可以分为四个部分:

黏膜

黏膜是消化道的最内层,包围管腔内,或在管内的开放空间。此层直接接触消化的食物(食糜)。

黏膜分为三层:

  • 上皮 - 最内层。
  • 固有层 - 一层结缔组织。
  • 粘膜肌层 - 一层薄的平滑肌。
黏膜下层

黏膜下层包括迈斯纳神经丛(一种肠神经系统),位于肌层的内表面上。

肌层

肌层包括一个内侧环形层和一个纵向外肌层。内侧环形层防止食物向后移动,而纵向外肌层缩短消化道。

外膜或浆膜

在胃肠道的最外层,包括数层的结缔组织

胃肠道的腹腔部分覆盖浆膜层。浆膜层包含大部分的十二指肠的第一部分,以及所有的小肠盲肠阑尾横结肠乙状结肠,和直肠

临床意义

相关疾病

有些疾病和症状会影响消化系统,包括:

憩室病英语Diverticular disease是工业化国家中老人常见的症状,一般会发生在大肠,但也可能发生在小肠。

炎症性肠病是肠壁发炎的症状,也包括克隆氏症溃疡性结肠炎。克隆氏症会影响整个消化道,溃疡性结肠炎则只在大肠。克隆氏症一般认为是自体免疫性疾病,虽然溃疡性结肠炎的处理也类似自体免疫性疾病,但目前还不清楚溃疡性结肠炎是否是自体免疫性疾病。

影像

以下是一些有关消化系统的影像检查方式。

  • 可以吞咽不透射线英语Radioopaque的染料(例如钡餐)阻挡X射线穿过,制造影像。
  • 一些部位可以用配合摄影机或照像机观察内部情形,例如内视镜可以观察上消化道,结肠镜英语colonoscopy乙状结肠镜英语sigmoidoscopy可以观察下消化道,在检查时也可以进行活组织检查需要的切片。胶囊内镜英语Capsule endoscopy是将照像机装在胶囊中。
  • 腹部X线英语abdominal x-ray也可以用来检查下消化道。

症状

有些症状和消化系统的疾病有关:

  • 呕吐,包括吐出食物或是呕血
  • 腹泻粪便性状改变,粪质稀薄,或带有液体。
  • 便秘,粪便量变少且变硬,不易排出。
  • 便血,粪便中带有鲜红色或黑色的血液。

其他

免疫功能

胃肠道是免疫系统重要的部分。[9]消化道的表面积,大约是一个足球场的表面面积[10],由于表面积大,因此需要免疫系统的工作才能防止病原体进入血液及淋巴[11][WP:V]

胃内部低pH(约为1到4之间)的环境可以杀死许多微生物。而包括免疫球蛋白A在内的黏液也可以消灭许多微生物。消化道中也有其他成分对免疫系统有帮助,例如唾液或是胆汁中的酵素。像Cyp3A4之类的酵素有逆向转运蛋白活性,可以对抗原外来因子英语xenobiotic有解毒作用。

对健康有益的肠道菌群也可以避免可能有害的细菌在肠道中生长。种细菌在肠道中为有限的空间及食物而竞争,肠道一般会有有80-85%的益菌,其余15-20%是可能有害的细菌。肠淋巴组织英语gut-associated lymphoid tissue也可以保持微生物的平衡。

免疫系统稳态

益菌也可以建立消化系统的稳态,例如肠道和梭状芽胞杆菌英语Clostridia之间的关系[12]。食用高纤的食物可以诱导调节T细胞的分化,这是因为丁酸盐和丙酸盐在发酵过程中产生的短链脂肪酸。丁酸盐可以诱导T细胞的分化,方式是透过增强启动子中组蛋白H3的乙酰化,以及保持Foxp3基因的非编码序列区域,因此可以调节T细胞,少其发炎及过敏反应。

大肠菌群

大肠中有许多细菌处理人类无法分解的分子[13],例如纤维素,这是一种共生的例子,这些细菌也会产生气体,在放屁时排出。

参考文献

  1. ^ 在养生之道里,晚饭不吃,饿治百病[永久失效链接]
  2. ^ 2.0 2.1 動物養分的獲得. 教育部. [2013-07-06]. (原始内容存档于2009-02-02) (中文(中国大陆)‎). 
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 华都汇主编. 自然百科-消化系統. 汉湘文化. : 386. ISBN  9867683706  请检查|isbn=值 (帮助) (中文(台湾)‎). 
  4. ^ 昆虫的内部构造. 深圳职业技术学院. [2013-07-06]. (原始内容存档于2016-03-07) (中文(中国大陆)‎). 
  5. ^ 洪敏元/ 刘良慧. 《當代生理學》. 华杏. : 274. ISBN 9576403642 (中文(台湾)‎). 
  6. ^ 浅野伍郎. 《人體學習大百科》. 瑞昇文化. : 146–149. ISBN 9575264762 (中文(台湾)‎). 
  7. ^ Kim SK. Small intestine transit time in the normal small bowel study. American Journal of Roentgenology 1968; 104(3):522-524.
  8. ^ Uday C Ghoshal, Vikas Sengar, and Deepakshi Srivastava. Colonic Transit Study Technique and Interpretation: Can These Be Uniform Globally in Different Populations With Non-uniform Colon Transit Time? J Neurogastroenterol Motil. 2012 April; 18(2): 227–228.
  9. ^ (英文)Richard Coico, Geoffrey Sunshine, Eli Benjamini. Immunology: a short course. New York: Wiley-Liss. 2003. ISBN 0-471-22689-0. 
  10. ^ (英文)Animal Physiology textbook. 
  11. ^ Animal Physiology textbook
  12. ^ Commensal microbe-derived butyrate induces the differentiation of colonic regulatory T cells. Nature. 
  13. ^ Judson Knight. Science of everyday things: Real-life earth science. Vol. 4. Gale Group; 2002. ISBN 978-0-7876-5634-8.

外部链接

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