Hệ tiêu hóa

Hệ tiêu hóa là quá trình phân hủy các phân tử lớn của thức ăn thành các phân tử nhỏ hơn có thể hòa tan trong nước, giúp chúng dễ dàng được hấp thu vào máu. Trong một số cơ quan, các chất này được hấp thu qua ruột non vào hệ tuần hoàn. Tiêu hóa là một phần của trao đổi chất và thường được chia thành hai giai đoạn: tiêu hóa cơ học và tiêu hóa hóa học. Giai đoạn tiêu hóa cơ học liên quan đến việc phá vỡ vật lý thức ăn thành các mảnh nhỏ hơn để enzym tiêu hóa có thể làm việc. Trong giai đoạn tiêu hóa hóa học, các enzym sẽ phân giải thức ăn thành các phân tử nhỏ mà cơ thể có thể hấp thụ.

Khi thức ăn vào miệng, quá trình tiêu hóa cơ học bắt đầu với việc nhai và nước bọt giúp làm ướt thực phẩm. Nước bọt chứa alpha-amylase, một enzyme bắt đầu phân giải tinh bột trong thực phẩm; đồng thời, nước bọt có chất nhầy để bôi trơn và bicarbonate để duy trì độ pH kiềm, tạo điều kiện thuận lợi cho amylase hoạt động. Sau khi nhai và tiêu hóa tinh bột, thực phẩm biến thành một khối nhuyễn gọi là bolus và di chuyển qua thực quản xuống dạ dày nhờ nhu động. Dịch vị trong dạ dày, gồm axit clohydric và pepsin, bắt đầu tiêu hóa protein. Chất nhầy do dạ dày tiết ra bảo vệ thành dạ dày khỏi sự tổn hại của các hóa chất. Đồng thời, nhu động cơ học giúp trộn lẫn thực phẩm với enzyme tiêu hóa.

Sau khoảng thời gian (thường là 1-2 giờ ở người, 4-6 giờ ở chó, 3-4 giờ ở mèo), khối thức ăn lỏng gọi là chyme được hình thành. Khi van cơ thắt môn vị mở ra, chyme được đưa vào tá tràng, nơi nó trộn với enzyme tiêu hóa từ tụy và mật từ gan, sau đó tiếp tục qua ruột non để tiêu hóa. Khi chyme được tiêu hóa hoàn toàn, các chất dinh dưỡng được hấp thụ vào máu. Khoảng 95% sự hấp thụ dinh dưỡng xảy ra ở ruột non. Nước và khoáng chất được tái hấp thu vào máu trong ruột già, nơi pH nhẹ kiềm khoảng 5,6 ~ 6,9. Một số vitamin như biotin và vitamin K (K₂MK7) được sản xuất bởi vi khuẩn trong ruột kết cũng được hấp thu vào máu tại đại tràng. Chất thải được loại bỏ khỏi cơ thể qua trực tràng bằng việc đại tiện.

Hệ thống tiêu hóa

Hệ tiêu hóa tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau. Sự khác biệt chính giữa tiêu hóa nội bào và ngoại bào là tiêu hóa ngoại bào đã phát triển trước trong tiến hóa, và vẫn được nhiều loại nấm sử dụng. Trong tiêu hóa ngoại bào, enzyme được giải phóng vào môi trường xung quanh sinh vật để phân hủy chất hữu cơ, và một số sản phẩm sẽ khuếch tán trở lại sinh vật. Đối với động vật, tiêu hóa nội bào xảy ra trong một ống tiêu hóa riêng biệt, giúp phân hủy hiệu quả hơn và kiểm soát tốt hơn môi trường hóa học bên trong.

Nhiều sinh vật, bao gồm hầu hết các loài nhện, chỉ tiết biotoxin và enzyme vào môi trường ngoại bào để phân giải thức ăn trước khi tiêu thụ. Ở những động vật khác, khi thức ăn hoặc chất dinh dưỡng vào cơ thể, dịch tiêu hóa có thể được tiết ra vào các túi hoặc cấu trúc đặc biệt qua các ống hoặc cơ quan chuyên biệt để tối ưu hóa quá trình hấp thu dinh dưỡng.

Hệ tiết dịch

Vi khuẩn áp dụng nhiều hệ thống khác nhau để thu nhận dinh dưỡng từ các sinh vật khác trong môi trường xung quanh.

Hệ thống vận chuyển qua kênh bao gồm các protein tạo thành một kênh xuyên qua màng trong và ngoài của vi khuẩn. Đây là một hệ thống đơn giản với ba thành phần chính: protein ABC, protein kết hợp màng (MFP) và protein màng ngoài (OMP). Hệ thống này vận chuyển nhiều loại phân tử khác nhau, từ ion và thuốc đến protein có kích thước từ 20 đến 900 kDa. Các phân tử được vận chuyển có kích thước từ peptide colicin V nhỏ của Escherichia coli (10 kDa) đến protein kết dính tế bào Pseudomonas fluorescens LapA (900 kDa).

Hệ thống tiết dịch loại III hoạt động như một ống tiêm phân tử, cho phép vi khuẩn (như các loài Salmonella, Shigella, Yersinia) tiêm chất dinh dưỡng trực tiếp vào tế bào protist. Cơ chế này được phát hiện lần đầu ở Y. pestis, cho thấy độc tố có thể được tiêm trực tiếp từ tế bào chất của vi khuẩn vào tế bào chất của vật chủ, thay vì chỉ thải ra môi trường ngoại bào.

Một số vi khuẩn và trùng roi cổ có cơ chế tiếp hợp cho phép chúng vận chuyển cả DNA và protein. Phát hiện đầu tiên ở Agrobacterium tumefaciens, hệ thống này giúp chúng chuyển Ti plasmid và protein vào tế bào vật chủ, dẫn đến hình thành các túi mật (khối u). Phức hợp VirB của Agrobacterium tumefaciens là hệ thống mẫu cho cơ chế này.

Rhizobia cố định nitơ là một ví dụ đặc biệt về liên hợp tự nhiên giữa các vương quốc. Plasmid như Agrobacterium Ti hoặc Ri chứa các yếu tố có thể xâm nhập vào tế bào thực vật. Các gen này chuyển vào nhân tế bào thực vật, làm cho các tế bào trở thành nhà máy sản xuất opine, nguồn carbon và năng lượng cho vi khuẩn. Kết quả là các tế bào thực vật bị nhiễm bệnh tạo thành u ở rễ. Plasmid Ti và Ri, do đó, là ký sinh trùng của vi khuẩn, và vi khuẩn lại trở thành ký sinh trùng của cây bị nhiễm.

Plasmid Ti và Ri có tính chất liên hợp đặc trưng. Sự chuyển giao Ti và Ri giữa các vi khuẩn diễn ra qua một hệ thống độc lập (tra, hay hệ thống chuyển giao operon) khác biệt với hệ thống chuyển giao giữa các giới (vir, hay hệ thống độc lực operon). Quá trình này tạo ra các chủng vi khuẩn độc lực mới từ các vi khuẩn Agrobacteria đã có độc lực.

Ngoài việc sử dụng các phức hợp đa protein như đã đề cập, vi khuẩn Gram âm còn sử dụng một cách khác để giải phóng vật chất: hình thành các túi màng ngoài. Các phần của màng ngoài gom lại, tạo thành cấu trúc hình cầu với lớp kép lipid bao bọc vật liệu ngoại sinh. Mụn nước của một số vi khuẩn chứa các yếu tố độc lực, có thể điều hòa miễn dịch hoặc gây nhiễm độc tế bào vật chủ. Mặc dù việc giải phóng mụn nước là phản ứng phổ biến với các điều kiện căng thẳng, quá trình tải protein vào mụn nước có vẻ được điều chỉnh chọn lọc.

Khoang dạ dày

Khoang dạ dày hoạt động tương tự như dạ dày, thực hiện chức năng tiêu hóa và phân phối dinh dưỡng đến các bộ phận trong cơ thể. Quá trình tiêu hóa ngoại bào diễn ra trong khoang trung tâm này, được lót bởi lớp biểu mô của dạ dày ruột. Khoang này có một lỗ thông duy nhất, vừa làm chức năng miệng, vừa là hậu môn: chất thải và các phần không tiêu hóa được thải ra qua lỗ này, tương tự như một đường ruột chưa hoàn chỉnh.

Loài thực vật như Venus Flytrap, dù có khả năng quang hợp để sản xuất thức ăn, không săn mồi chủ yếu để thu năng lượng và carbon. Thay vào đó, nó chủ yếu tìm kiếm con mồi để lấy các chất dinh dưỡng thiết yếu như nitơ và phosphor, vốn thiếu hụt trong môi trường sống lầy lội và nhiều axit của nó.

Thực bào

Thực bào là quá trình hình thành một không bào xung quanh các hạt bị hấp thụ. Không bào này được tạo ra từ sự kết hợp của màng tế bào quanh hạt. Trong thực bào, vi sinh vật gây bệnh có thể bị tiêu diệt và phân hủy. Phagosomes sau đó kết hợp với lysosome trong quá trình trưởng thành, hình thành phagolysosome. Ví dụ, Entamoeba histolytica ở người có khả năng thực bào các hồng cầu.

Các cơ quan và hành vi đặc thù

Để hỗ trợ quá trình tiêu hóa, động vật đã phát triển nhiều cơ quan đặc biệt như mỏ, lưỡi, răng, mề, và những cơ quan khác.

Chim sở hữu mỏ xương được đặc trưng hóa phù hợp với từng môi trường sinh thái. Ví dụ, vẹt đuôi dài chủ yếu ăn hạt, quả hạch và trái cây, sử dụng chiếc mỏ đặc biệt của chúng để mở ngay cả những hạt cứng nhất. Đầu tiên, chúng dùng mỏ để cào một đường mỏng, sau đó dùng hai bên mỏ để cắt hạt mở ra.

Miệng của mực được trang bị một cái mỏ nhọn như chiếc sừng, chủ yếu được cấu tạo từ các protein liên kết chéo. Cái mỏ này được dùng để giết chết và xé con mồi thành những mảnh nhỏ dễ kiểm soát. Mặc dù rất chắc khỏe, mỏ không chứa khoáng chất như răng và hàm của nhiều sinh vật khác, kể cả các loài sinh vật biển. Đây là phần duy nhất của mực không thể tiêu hóa được.

Lưỡi là cơ xương nằm trên sàn miệng của hầu hết các động vật có xương sống, có vai trò quan trọng trong việc di chuyển thức ăn để nhai và nuốt. Lưỡi rất nhạy cảm và được giữ ẩm nhờ nước bọt. Mặt dưới của lưỡi được bao phủ bởi một lớp màng nhầy trơn tru. Nó cũng có chức năng xúc giác để xác định các mảnh thức ăn cần nhai thêm. Lưỡi còn dùng để cuộn các mảnh thức ăn thành hình sợi nhỏ trước khi đẩy xuống thực quản bằng nhu động.

Vùng dưới lưỡi, ở phía trước dưới lưỡi, là nơi niêm mạc miệng rất mỏng và được bao quanh bởi một đám rối tĩnh mạch. Đây là khu vực lý tưởng để đưa một số loại thuốc vào cơ thể. Đường dưới lưỡi tận dụng mạng lưới mạch máu phong phú trong khoang miệng, cho phép thuốc nhanh chóng vào hệ thống tuần hoàn, bỏ qua hệ tiêu hóa.

Răng là các cấu trúc nhỏ màu trắng nằm trong hàm (hoặc miệng) của nhiều loài động vật có xương sống, được dùng để xé, cạo, vắt sữa và nhai thức ăn. Khác với xương, răng không được cấu tạo từ xương mà từ các mô có mật độ và độ cứng khác nhau như men răng, ngà răng và xi măng. Răng người có hệ thống máu và dây thần kinh giúp cảm nhận, cho phép chúng ta cảm nhận sự đau đớn khi nhai, ví dụ như khi cắn phải thứ gì đó quá cứng, chúng ta sẽ cảm nhận được ngay và ngừng nhai.

Hình dạng, kích thước và số lượng răng của động vật thường phụ thuộc vào chế độ ăn uống của chúng. Ví dụ, động vật ăn cỏ có các răng hàm chuyên để nghiền nát thực vật khó tiêu hóa, trong khi động vật ăn thịt có răng nanh sắc nhọn dùng để giết mồi và xé thịt.

Diều là một phần mở rộng mỏng của hệ tiêu hóa, có chức năng lưu trữ thức ăn trước khi được tiêu hóa. Ở một số loài chim, diều là một túi cơ bắp gần miệng hoặc cổ họng. Chim bồ câu trưởng thành còn có khả năng sản xuất sữa diều để nuôi dưỡng chim non mới nở.

Các động vật ăn cỏ đã phát triển manh tràng (hoặc dạ múi khế đối với động vật nhai lại). Đối với động vật nhai lại, dạ dày được chia thành bốn ngăn: dạ cỏ, dạ tổ ong, dạ lá sách và dạ múi khế. Trong hai ngăn đầu tiên, dạ cỏ và dạ tổ ong, thức ăn được trộn với nước bọt và phân chia thành các lớp rắn và lỏng. Các phần rắn kết tụ lại thành các cục lớn, sau đó được làm mềm và nhai để trộn đều với nước bọt, phá vỡ kích thước hạt.

Chất xơ, đặc biệt là xenluloza và hemi-xenluloza, chủ yếu được chuyển hóa thành các axit béo dễ bay hơi như axit axetic, axit propionic và axit butyric trong các khoang này (màng lưới) nhờ các vi sinh vật: vi khuẩn, động vật nguyên sinh và nấm. Trong dạ lá sách, nước và nhiều nguyên tố khoáng vô cơ được hấp thụ vào máu.

Dạ múi khế là ngăn cuối cùng trong dạ dày của động vật nhai lại. Nó tương đương với dạ dày đơn (như ở người hoặc lợn), nơi thực hiện quá trình tiêu hóa giống như dạ dày đơn. Dạ múi khế chủ yếu có chức năng phân hủy protein từ vi sinh vật và chế độ ăn uống, chuẩn bị các protein này để tiếp tục tiêu hóa và hấp thụ trong ruột non. Chất tiêu hóa cuối cùng được chuyển đến ruột non, nơi quá trình tiêu hóa và hấp thụ dinh dưỡng tiếp tục, và các vi sinh vật sinh ra trong dạ cỏ cũng được tiêu hóa ở đây.

Hành vi ợ, đã được đề cập ở trên liên quan đến dạ múi khế và diều, là việc tiết ra sữa diều từ lớp lót của diều ở chim bồ câu. Chim bố mẹ sử dụng hành vi này để nuôi con bằng cách ợ ra ngoài.

Nhiều loài cá mập có khả năng lộn dạ dày từ trong ra ngoài và đẩy nó ra khỏi miệng để loại bỏ các chất không mong muốn, có thể được phát triển như một cách để giảm tiếp xúc với các chất độc hại.

Một số động vật như thỏ và gặm nhấm thực hiện hành vi ăn phân, một hành vi đặc biệt nhằm tiêu hóa lại thức ăn, đặc biệt là thức ăn thô. Capybara, thỏ, chuột đồng và các loài liên quan không có hệ tiêu hóa phức tạp như động vật nhai lại. Thay vào đó, chúng hấp thụ nhiều dinh dưỡng hơn từ cỏ bằng cách cho thức ăn của mình đi qua đường ruột lần thứ hai. Phân mềm của thức ăn đã tiêu hóa một phần được thải ra và thường được tiêu thụ ngay lập tức. Chúng cũng tạo ra phân bình thường mà không ăn.

Những loài như voi con, gấu trúc, gấu túi và hà mã ăn phân của mẹ chúng, có thể là để nhận vi khuẩn cần thiết cho việc tiêu hóa thực vật. Khi mới sinh, ruột của chúng không chứa các vi khuẩn này (hoàn toàn vô trùng). Thiếu các vi khuẩn này, chúng sẽ không thể khai thác giá trị dinh dưỡng từ nhiều thành phần thực vật.

Hệ tiêu hóa của giun đất

Hệ tiêu hóa của giun đất bao gồm các bộ phận như miệng, hầu, thực quản, màng, mề và ruột. Miệng được bao quanh bởi đôi môi khỏe mạnh, giúp giun nắm bắt và nghiền nát các mẩu cỏ, lá cây và đất. Môi chia nhỏ thức ăn thành các phần nhỏ hơn. Trong hầu họng, thức ăn được bôi trơn bởi chất nhầy để dễ dàng di chuyển hơn. Thực quản bổ sung canxi cacbonat để trung hòa các axit từ sự phân hủy thực phẩm. Thức ăn và canxi cacbonat được trộn lẫn trong mề. Các cơ mạnh mẽ trong mề trộn đều thức ăn và chất bẩn, sau đó các tuyến trong mề tiết ra enzym tạo thành hỗn hợp đặc sệt để phân hủy chất hữu cơ. Hỗn hợp này sau đó được đưa đến ruột, nơi các vi khuẩn thân thiện tiếp tục phân hủy và giải phóng các chất dinh dưỡng như carbohydrate, protein, chất béo, vitamin và khoáng chất để cơ thể hấp thụ.

Quá trình tiêu hóa ở động vật có xương sống

Ở phần lớn động vật có xương sống, tiêu hóa diễn ra qua nhiều giai đoạn trong hệ tiêu hóa, bắt đầu từ việc xử lý nguyên liệu thô, thường là các sinh vật khác. Việc nuốt thức ăn thường đi kèm với xử lý cơ học và hóa học. Quá trình tiêu hóa được chia thành bốn bước:

1. Nuốt: đưa thức ăn vào miệng (thức ăn vào hệ tiêu hóa),
2. Phân hủy cơ học và hóa học: nghiền nát và trộn lẫn bolus với nước, axit, mật và enzym trong dạ dày và ruột để phá vỡ các phân tử phức tạp thành các cấu trúc đơn giản,
3. Hấp thụ: chất dinh dưỡng từ hệ tiêu hóa được chuyển vào mao mạch tuần hoàn và hệ bạch huyết qua thẩm thấu, vận chuyển tích cực và khuếch tán, và
4. Bài tiết: loại bỏ các chất không tiêu hóa ra khỏi đường tiêu hóa qua đại tiện.

Quá trình tiêu hóa cơ bản dựa vào chuyển động cơ học trong toàn bộ hệ thống qua nuốt và nhu động. Mỗi giai đoạn tiêu hóa yêu cầu năng lượng, tạo ra một 'chi phí' cho năng lượng từ các chất dinh dưỡng hấp thụ. Sự khác biệt về chi phí này ảnh hưởng lớn đến lối sống, hành vi và cấu trúc cơ thể. Ví dụ có thể thấy ở con người, nơi có sự khác biệt rõ rệt so với các loài hominid khác (như thiếu lông, hàm và cơ nhỏ hơn, cấu trúc hàm răng khác, chiều dài ruột, việc nấu ăn, v.v.).

Phần lớn quá trình tiêu hóa diễn ra ở ruột non, trong khi ruột già chủ yếu làm nhiệm vụ lên men các chất khó tiêu hóa nhờ vi khuẩn đường ruột và hấp thụ nước từ các chất đã tiêu hóa trước khi loại bỏ chúng.

Ở động vật có vú, quá trình chuẩn bị tiêu hóa bắt đầu bằng việc sản xuất nước bọt ở miệng và các enzym tiêu hóa trong dạ dày. Tiêu hóa cơ học và hóa học bắt đầu từ miệng, nơi thức ăn được nhai và trộn với nước bọt, bắt đầu quá trình phân hủy tinh bột nhờ enzym. Dạ dày tiếp tục phân hủy thức ăn cả về cơ học lẫn hóa học thông qua khuấy trộn với axit và enzym. Quá trình hấp thụ diễn ra trong dạ dày và đường tiêu hóa, kết thúc bằng việc bài tiết qua đại tiện.

Quá trình tiêu hóa ở con người

Ống tiêu hóa của con người có chiều dài khoảng 9 mét. Sinh lý tiêu hóa thực phẩm có thể khác nhau giữa các cá thể, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại thực phẩm và kích thước bữa ăn, và quá trình tiêu hóa thường kéo dài từ 24 đến 72 giờ.

Quá trình tiêu hóa bắt đầu trong miệng với việc tiết ra nước bọt và các enzym tiêu hóa. Thực phẩm được hình thành thành một bolus nhờ cơ nhai và sau đó được nuốt vào thực quản, nơi nó đi xuống dạ dày thông qua nhu động ruột. Dịch dạ dày chứa axit clohydric và pepsin có thể gây tổn thương cho niêm mạc dạ dày, do đó chất nhầy được tiết ra để bảo vệ. Dạ dày tiếp tục giải phóng thêm enzym phân hủy thức ăn và kết hợp với hoạt động khuấy của dạ dày. Thức ăn đã tiêu hóa một phần sẽ chuyển đến tá tràng dưới dạng chyme đặc bán lỏng. Trong ruột non, phần lớn quá trình tiêu hóa xảy ra với sự hỗ trợ của mật, dịch tụy và dịch ruột. Niêm mạc ruột được lót bằng nhung mao, và các tế bào biểu mô có nhiều vi nhung mao giúp tăng diện tích bề mặt để cải thiện sự hấp thụ chất dinh dưỡng. Trong ruột già, thức ăn di chuyển chậm hơn để tạo điều kiện cho quá trình lên men của vi khuẩn đường ruột. Tại đây nước được hấp thụ và chất thải được lưu trữ dưới dạng phân để được thải ra ngoài qua đại tiện qua ống hậu môn và hậu môn.

Kiểm soát thần kinh và sinh hóa

Quá trình tiêu hóa bao gồm nhiều giai đoạn khác nhau: giai đoạn trong đầu, giai đoạn dạ dày và giai đoạn ruột. Giai đoạn trong đầu bắt đầu khi nhìn thấy, suy nghĩ hoặc ngửi thấy mùi thức ăn, điều này kích thích vỏ não. Các tín hiệu về vị giác và khứu giác được truyền đến vùng dưới đồi và tủy sống. Tín hiệu này sau đó được chuyển qua dây thần kinh phế vị và dẫn đến việc giải phóng acetylcholine. Trong giai đoạn này, sự tiết dịch dạ dày tăng lên đến 40% mức tối đa. Sự tăng cường tiết axit dạ dày không được thực phẩm đệm vào thời điểm này, gây ức chế hoạt động của tế bào thành dạ dày (tiết axit) và tế bào G (tiết gastrin) qua việc tiết ra somatostatin từ tế bào D.

Giai đoạn dạ dày kéo dài từ 3 đến 4 giờ, được kích thích bởi sự căng tức của dạ dày, sự hiện diện của thực phẩm trong dạ dày và sự giảm pH. Sự căng tức sẽ kích hoạt phản xạ kéo dài và tâm vị, dẫn đến sự giải phóng acetylcholine, kích thích sự tiết dịch dạ dày. Khi protein vào dạ dày, chúng liên kết với các ion hydro, làm tăng pH dạ dày. Sự tiết gastrin và axit dạ dày bị ức chế và tế bào G tiết ra gastrin, kích thích tế bào thành tiết axit dịch vị. Axit dạ dày chứa khoảng 0,5% axit clohydric (HCl), làm giảm pH xuống mức mong muốn từ 1–3. Sự giải phóng axit cũng được kích hoạt bởi acetylcholine và histamine.

Giai đoạn ruột bao gồm hai phần: kích thích và ức chế. Khi thức ăn đã được tiêu hóa một phần, nó làm đầy tá tràng và kích thích sự tiết gastrin. Phản xạ ruột ức chế hoạt động của nhân phế vị, kích hoạt các sợi giao cảm để làm cơ thắt môn vị không cho phép thức ăn vào thêm, đồng thời ức chế phản xạ tại chỗ.

Phân giải thức ăn thành các chất dinh dưỡng

Tiêu hóa protein

Quá trình tiêu hóa protein diễn ra ở dạ dày và tá tràng, sử dụng ba loại enzym chính: pepsin do dạ dày tiết ra và trypsin cùng chymotrypsin do tuyến tụy tiết ra, để phân hủy protein thành polypeptid. Các polypeptid sau đó được phân hủy tiếp bởi exopeptidaza và dipeptidaza thành các amino acid. Các enzym tiêu hóa chủ yếu được tiết ra dưới dạng tiền chất không hoạt động, gọi là zymogens. Ví dụ, trypsin được tiết ra dưới dạng trypsinogen từ tuyến tụy và được kích hoạt bởi enterokinase trong tá tràng để chuyển thành trypsin. Trypsin sau đó cắt protein thành các polypeptid nhỏ hơn.

Tiêu hóa chất béo

Quá trình tiêu hóa một số chất béo có thể bắt đầu từ miệng khi lipase lưỡi phân hủy một phần lipid chuỗi ngắn thành diglyceride. Tuy nhiên, phần lớn quá trình tiêu hóa chất béo diễn ra ở ruột non. Sự có mặt của chất béo trong ruột non kích thích việc giải phóng lipase từ tuyến tụy và mật từ gan, giúp hình thành nhũ tương chất béo để dễ dàng hấp thụ axit béo. Tiêu hóa hoàn toàn một phân tử chất béo (chất béo trung tính) tạo ra hỗn hợp các axit béo, mono- và di-glycerid, cùng một số chất béo trung tính chưa bị phân hủy, nhưng không có phân tử glycerol tự do.

Tiêu hóa carbohydrat

Ở người, tinh bột là chuỗi dài các đơn vị glucose gọi là amylose, một polysaccharide. Trong quá trình tiêu hóa, amylase từ nước bọt và tuyến tụy phá vỡ liên kết giữa các phân tử glucose, dẫn đến hình thành các chuỗi glucose ngắn hơn. Kết quả là, đường đơn glucose và maltose (2 phân tử glucose) có thể được ruột non hấp thụ.

Lactase là enzyme phân hủy disaccharide lactose thành các thành phần của nó là glucose và galactose. Cả glucose và galactose đều có thể được hấp thụ qua ruột non. Khoảng 65% người trưởng thành chỉ sản xuất một lượng nhỏ lactase và không thể tiêu hóa thực phẩm từ sữa chưa lên men, hiện tượng này được gọi là không dung nạp lactose. Tình trạng này rất khác nhau tùy thuộc vào di truyền; hơn 90% người gốc Đông Á không dung nạp lactose, trong khi chỉ khoảng 5% người gốc Bắc Âu gặp phải vấn đề này.

Sucrase là enzyme phân hủy disaccharide sucrose, còn được gọi là đường ăn, đường mía hoặc đường củ cải. Quá trình tiêu hóa sucrose tạo ra fructose và glucose, cả hai đều dễ dàng được hấp thụ bởi ruột non.

Tiêu hóa DNA và RNA

DNA và RNA được phân tách thành các mononucleotide nhờ sự hoạt động của các enzyme nuclease, cụ thể là deoxyribonuclease (DNase) và ribonuclease (RNase) từ tuyến tụy.

Tiêu hóa không bị phá hủy

Một số dưỡng chất, như vitamin B₁₂, có cấu trúc phức tạp và sẽ bị hủy hoại nếu chúng bị phân chia thành các nhóm chức năng. Để bảo toàn vitamin B₁₂ trong quá trình tiêu hóa, haptocorrin trong nước bọt gắn chặt và bảo vệ các phân tử B₁₂ khỏi sự tấn công của axit dạ dày khi chúng đi vào dạ dày và tách khỏi phức hợp protein của chúng.

Khi phức hợp B₁₂-haptocorrin di chuyển từ dạ dày qua môn vị vào tá tràng, các protease từ tuyến tụy tách haptocorrin ra khỏi các phân tử B₁₂ và liên kết với yếu tố nội tại (IF). Các phức hợp B₁₂-IF sau đó đến phần hồi tràng của ruột non, nơi các thụ thể cubilin cho phép hấp thu và vận chuyển các phức hợp B₁₂-IF vào máu.

Hormone tiêu hóa

Có ít nhất năm loại hormone chính giúp điều chỉnh và hỗ trợ quá trình tiêu hóa ở động vật có vú. Các hormone này có nhiều biến thể khác nhau ở các loài động vật có xương sống, bao gồm cả chim. Cấu trúc và chức năng của chúng rất phức tạp và liên tục có thêm những phát hiện mới. Gần đây, đã phát hiện thêm nhiều mối liên hệ với việc kiểm soát trao đổi chất, đặc biệt là hệ thống glucose-insulin.

• Gastrin - sản xuất tại dạ dày, kích thích các tuyến dạ dày tiết pepsinogen (dạng không hoạt động của enzym pepsin) và axit clohydric. Sự tiết gastrin tăng lên khi có thức ăn vào dạ dày và bị ức chế bởi pH thấp.
• Secretin - sản xuất tại tá tràng, kích thích tuyến tụy bài tiết natri bicarbonat và kích thích gan tiết mật. Hormone này phản ứng với tính axit của chyme.
• Cholecystokinin (CCK) - sản xuất tại tá tràng, kích thích tuyến tụy tiết các enzym tiêu hóa và kích thích túi mật làm rỗng. Hormone này được tiết ra để đáp ứng với sự hiện diện của chất béo trong chyme.
• Peptide ức chế dạ dày (GIP) - sản xuất tại tá tràng, giảm sự khuấy động của dạ dày, làm chậm quá trình rỗng của dạ dày và thúc đẩy sự tiết insulin.
• Motilin - sản xuất tại tá tràng, tăng cường hoạt động nhu động của hệ tiêu hóa và kích thích sản xuất pepsin.

Ý nghĩa của độ pH

Tiêu hóa là một quá trình phức tạp, phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau. Độ pH đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì hoạt động bình thường của hệ tiêu hóa. Ở miệng, hầu và thực quản, độ pH thường là khoảng 6,8, chỉ hơi axit. Nước bọt điều chỉnh độ pH trong các khu vực này của hệ tiêu hóa, với amylase nước bọt có nhiệm vụ phân hủy carbohydrate thành monosaccharide. Hầu hết các enzyme tiêu hóa đều nhạy cảm với độ pH và sẽ bị biến tính trong môi trường pH quá cao hoặc quá thấp.

Tính axit cao trong dạ dày ức chế sự phân hủy carbohydrate bên trong. Tính axit này mang lại hai lợi ích chính: làm biến tính protein để dễ tiêu hóa hơn trong ruột non và cung cấp khả năng miễn dịch không đặc hiệu, giúp làm hỏng hoặc loại bỏ các mầm bệnh khác nhau.

Tại ruột non, tá tràng cần duy trì cân bằng pH để kích hoạt các enzym tiêu hóa. Gan tiết mật vào tá tràng để trung hòa tính axit từ dạ dày, và các ống tụy cũng đổ vào tá tràng, cung cấp bicarbonat để làm trung hòa axit trong nhũ trấp, tạo ra môi trường trung tính. Mô niêm mạc của ruột non có tính kiềm với độ pH khoảng 8,5.

Hình ảnh