Budowa i czynności fizjologiczne układu pokarmowego przeżuwaczy

Prawie wszystkie organizmy zwierzęce są heterotroficzne. Muszą dostarczać do swoich komórek różne substancje, które są źródłem energii, a także stanowią podstawę do syntezy potrzebnych do funkcjonowania komórki związków.

Główne składniki pokarmowe w diecie zwierząt to białka, tłuszcze, wielocukry, witaminy oraz sole mineralne. Większość pobieranych związków, jest pod względem budowy bardzo złożona , dlatego przed wykorzystaniem przez komórki musi zostać w odpowiedni sposób strawiona.

Na drodze ewolucji doszło do wykształcenia się u wysoko uorganizowanych zwierząt do powstania bardzo skomplikowanych układów pobierania oraz trawienia pokarmu. Substancje, które powstały w wyniku trawienia są u nich rozprowadzane dzięki układowi krwionośnemu, który dostarcza dzięki krwi wszystkie konieczne związki do komórek.

Ogólnie rzecz biorąc przewód pokarmowy stanowi długa rura, która składa się z kilku części.

W układzie pokarmowym zachodzą kolejno następujące procesy:

- pobieranie i rozdrabnianie pokarmu,

-trawienie,

- wchłanianie małocząsteczkowych substancji.

Po pobraniu pokarmu i dostaniu się go do jamy ustnej, która jest pierwszym odcinkiem układu pokarmowego, następuje jego mechaniczne rozdrabnianie. W jamie ustnej rozpoczyna się także rozkład wielocukrów do dwucukrów, możliwy dzięki zawartej w ślinie amylazie.

Następnie kęsy pokarmowe przechodzą do kolejnych części układu.

Jamę ustną usztywniają kości szczękowe, a po bokach jest ona ograniczona przez zęby oraz dziąsła. W jamie ustnej znajduje się dosyć istotny narząd, jakim jest język.

Od góry jama ustna odgraniczona jest podniebieniem, które jest częścią wspólna dla układu pokarmowego oraz oddechowego. Zbudowane jest ono z części kostnej, położonej w przedniej części jamy ustnej oraz z części błoniastej, leżącej z tyłu. Rola podniebienia jest bardzo ważna zwłaszcza jeśli chodzi o moment przełykania, gdyż posiada ono mechanizmy, które zabezpieczają przez udławieniem się i dostaniem się pokarmu do tchawicy.

Język budują mięśnie poprzecznie prążkowane, które orientują się w kilku płaszczyznach, co pozwala na wykonywanie ruchów w różnych kierunkach.

Język umożliwia przesunięcie pokarmu pomiędzy zęby, które rozczłonkowują go na mniejsze fragmenty. Dodatkowo na języku zlokalizowane są liczne komórki czuciowe, stanowiące kubki smakowe, dzięki którym możliwe jest odczuwanie wrażeń smakowych.

Praca języka i zębów powoduje przekształcenie pokarmu do kulistych kęsów, które łatwiej przechodzą przez gardło i dostają się do przełyku.

Do rozdrabniania i dzielenia pokarmu służą zęby. W zależności od rodzaju spożywanego pokarmu żeby mogą być różnie wykształcone i różnic się od siebie kształtem oraz wielkością.

Uzębienie ssaków tak różne w zależności od gatunku, zawsze zbudowane jest według tego samego planu. Nad dziąsłem znajduje się korona zęba, dziąsło otacza szyjka zęba, natomiast w zębodole znajduje się korzeń zęba. Ząb buduje kilka warstw. Najbardziej zewnętrzną częścią zęba jest szkliwo, pod nim leży zębina, która otacza komorę zęba, wypełniona miazgą. Jest to tkanka miękka, która zawiera nerwy i naczynia krwionośne. Warstwa szkliwa znajduje się tylko na koronie oraz na górnej części szyjki. Zęby umocowane są w zębodole dzięki specyficznej substancji, nazywanej cementem.

Pod względem chemicznym zębina ma skład zbliżony do kości. Składa się w ponad 70% z substancji mineralnych, pozostałą resztę stanowią związki organiczne.

Najtrwalszą częścią zęba jest szkliwo, gdyż w jego składzie jest aż 97% substancji mineralnych.

Uzębienie zwierząt jest heterodontyczne, oznacza to, że zęby zróżnicowane są pod względem kształtu i funkcji. Zęby ssaków dzielą się na cztery różne kategorie. Pierwszą z nich są siekacze, drugą kły, trzecią przedtrzonowce i ostatnia grupa są żeby trzonowe.

U młodych ssaków uzębienie składa się tylko z siekaczy, kłów i przedtrzonowców. Jest to tzw. uzębienie mleczne, które w miarę wzrostu dziecko traci na korzyść zębów stałych.

Zęby leżą na szczęce w określonej kolejności. Te same zęby położone są na połowie szczęki i leżą w tej samej sekwencji.

W przedniej części jamy ustnej znajdują się dłutowate siekacze, dzięki którym możliwe jest odcinanie fragmentów pokarmu. Po stronie kątów ust znajdują się stożkowate kły. U większości roślinożerców zęby te nie wykształcają się. Przedtrzonowce i trzonowce nie różnią się prawie w ogóle pod względem swojej funkcji. Czasami nadaje się im wspólną nazwę, zęby policzkowe.

U świń, które odżywiają się różnorodnym pokarmem zęby te wykształcają się w charakterystyczny sposób. Maja tępe i kopulaste guzki, które są bardzo przydatne w miażdżeniu pokarmu. U koni i bydła trzonowce są spłaszczone i przystosowane do mielenia pokarmu, a dobrze wykształcone siekacze umożliwiają ścinanie trawy.

W grupie przeżuwaczy górne siekacze nie występują. Zwierzęta te ścinają rośliny przez przyciskanie ich językiem do górnej powierzchni wargi i do dolnych siekaczy.

Przechodzenie kęsów pożywienia przez gardziel ułatwiają gruczoły ślinowe. Ich przewody uchodzą do jamy ustnej, dzięki temu dostarczone są enzymy zapoczątkowujące trawienie węglowodanów. Większość ssaków posiada trzy pary ślinianek, które produkują dwojakiego rodzaju wydzielinę. Pierwszy rodzaj służy do nawilżania pokarmu gdyż jest bardzo wodnisty.

Drugi typ produkowanej substancji zawiera mukoproteid, który powoduje zlepianie się kęsów pokarmu i ułatwia jego przełykanie. Dzięki ślinie możliwe jest także oczyszczenie i zwilżenie jamy ustnej co zapobiega przyklejaniu się pokarmu.

W śliniance przyusznej produkowana jest tylko ślina wodnista, natomiast w śliniance podszczękowej i w podjęzykowej wytwarzana jest ślina śluzowata i wodnista.

Substancja ta należy do grupy soków trawiennych, zawiera amylazę trawiącą cukry. Ślina zapewnia kwaśne środowisko, zabezpieczające przed rozwojem drobnoustrojów

Z jamy ustnej pokarm dostaje się do gardzieli, który jest jama położoną za podniebieniem miękkim. Jest to miejsce krzyżowania się układu pokarmowego z oddechowym.

Połykanie jest odruchem, który następuje w chwili przesunięcia pokarmu do gardzieli.

Jeśli rozpoczęło się połykanie to oddychanie zostaje wstrzymane i dzięki temu pokarm nie wpada do tchawicy. Przez przełyk, stanowiący sztywna rurę kęsy trafiają do żołądka.

Każda część układu pokarmowego posiada podobną budowę.

Występują w niej trzy kolejne warstwy:

- warstwa wewnętrzna, czyli śluzówka,

- warstwa środkowa, mięśniówka,

- warstwa zewnętrzna, zbudowana przez tknie łączną.

Śluzówka jelita zbudowana jest z komórek nabłonkowych o kształcie walcowatym. Śluzówka żołądka, podobnie jak i jelita jest silnie pofałdowana, co zapewnia zwiększenie powierzchni chłonnej i trawiennej. Wpuklenia śluzówki tworzą szereg gruczołów przewodu pokarmowego.

Mięśniówkę budują mięśnie gładkie, wyjątek stanowi jednak górna część przełyku, gdyż tu znajdują się mięśnie poprzecznie prążkowane. W układzie pokarmowym występują dwie warstwy mięśni: wewnętrzna, z okrężnym przebiegiem włókien oraz zewnętrzna, z przebiegiem podłużnym.

Skurcze odpowiednich warstw mięśniowych zapewniają przesuwanie się pokarmu do kolejnych elementów układu.

Na zewnątrz przewód pokarmowy otoczony jest przez elastyczna tkankę łączną, która pokrywa otrzewna. Struktura ta wydziela śluz, dzięki któremu powierzchnia jelit oraz żołądka stale pozostaje zwilżona, co pozwala na zmniejszenie sił tarcia, w momencie ruchów związanych z trawieniem pokarmu. Tylko przełyk nie posiada otrzewnej, gdyż znajduje się on pomiędzy mięśniami piersiowymi i szyjnymi. Koordynację pracy przewodu pokarmowego zapewniają liczne nerwy, naczynia krwionośne oraz limfatyczne. Dzięki nim możliwe jest stałe zaopatrywanie ścian przewodu w składniki pokarmowe oraz odprowadzanie szkodliwych produktów przemiany materii.

Z gardzieli do dalszej części układu, czyli do żołądka wiedzie umięśniona rura zwana przełykiem. Część ta biegnie pomiędzy płucami i przechodzi przez środek przepony. W obrębie przełyku występują skurcze. Są to silne i rytmiczne fale mięśni, zwane inaczej perystaltyką, umożliwiające przesuwanie kęsa pokarmowego. Kęs pokarmu wymusza rozszerzenie się przełyku i powodują powstanie fali perystaltycznej. Na końcu przełyku, tuz przed początkiem żołądka znajduje się wpust, zaopatrzony w zwieracz. Dzięki niemu treść pokarmowa z żołądka nie cofa się z powrotem.

Zwieracz zazwyczaj pozostaje zamknięty, a otwiera się tylko w chwili gdy zbliża się pokarm.

Jeśli nastąpiło połkniecie płynu, zwieracz nie otwiera się do momentu aż nadejdzie fala pokarmowa.

zwieracze działające na podobnej zasadzie występują jeszcze w trzech innych miejscach układu pokarmowego.

Zwieracze występują w miejscu przejścia żołądka w jelito cienkie a także przy przejściu jelita cienkiego w grube, oraz na końcu przewodu pokarmowego, czyli w odbycie.

za przełykiem leży wspomniany już wcześniej żołądek. Jest to umięśniony i grubościenny worek, położony nieco po lewej stronie ciała w okolicy ostatniego żebra.

Żołądek posiada grubą mięśniówkę, zbudowana z trzech warstw mięśniowych. Każda z warstw posiada inny przebieg włókien. Najbardziej zewnętrzną warstwę charakteryzuje ułożenie podłużne, włókna środkowe przebiegają okrężnie a wewnętrzne przyjmują położenie skośne względem pozostałych. W śluzówce żołądka znajdują się liczne gruczoły żołądkowe, które wydzielają sok żołądkowy. W skład tego soku wchodzą kwas solny oraz enzymy. Ma on charakter kwaśny, który po zmieszaniu się z pokarmem zmienia wartość swojego pH z 1 do około 3.

Rozmiar żołądka zależy od tego czy znajduje się w nim pokarm. W momencie przybywania treści pokarmowej żołądek rozkurcza się. Trawienie w żołądku jest stopniowe. Sprzyja mu występowanie skurczów żołądka, przebiegających w kierunku odźwiernika.

Przebieg trawienia związany jest z występowaniem coraz częstszych fali skurczów. Ściany żołądka pozostają w silnych skurczach, dzięki którym możliwe jest rozdrabnianie i zmniejszanie ilości zalęgającego w nim pokarmu. Pokarm w żołądku jest już dobrze rozdrobniony i przybiera konsystencję przecieru. Rozkurcz mięśni w zwieraczu powoduje przesunięcie się porcji papki do dwunastnicy. Jak dotąd nie udało się poznać mechanizmu, który prowadzi do otwarcia odźwiernika. Najprawdopodobniej ma on związek z konsystencją pokarmu i ruchami perystaltycznymi.

Jako pierwsze żołądek opuszczają węglowodany, substancje białkowe znajdują się w żołądku dłużej. Najdłużej w żołądku zalegają tłuszcze.

Pokarm roślinny pomimo, iż jest łatwo dostępny to większość jego składników stanowi celuloza, której ssaki nie potrafią strawić. Taki pokarm wykorzystuj przeżuwacze, u których występuje szereg specyficznych przystosowań.

Zwierzęta te posiadają duży żołądek, zbudowany z czterech komór. Pojemność takiego żołądka jest bardzo duża, u krowy może on osiągać nawet 150 litrów. Pierwszym odcinkiem takiego żołądka jest żwacz. Jest to komora fermentacyjna, w której rozwijają się bakterie symbiotyczne oraz orzęski, posiadające zdolność rozkładania celulozy. Związek ten jest węglowodanem, który nadaje się na paliwo. Aby bakterie mogły budować białko swojego organizmu konieczne jest dostarczenie im przez przeżuwacza mocznika. Dzięki niemu bakterie wbudowują cenne białko w swoje organizmy. Cala zawartość żwacza powraca do pyska i zastaje tam ponownie przeżuta i ponownie połknięta. Tym razem pokarm ( który stanowią bakterie wraz z rozłożonymi związkami celulozowymi) dostaje się do ksiąg oraz trawieńca. W częściach tych następuje enzymatyczne trawienie pokarmów, a więc proces odpowiadający jednokomorowemu żołądkowi ssaków.

Stąd treść pokarmowa przechodzi do dwunastnicy, która jest pierwszym odcinkiem jelita cienkiego. Dostający się tu pokarm składa się z dobrze trawiących się i wchłanianych związków, pochodzących z bakterii oraz pierwotniaków.

Dwunastnica jest fragmentem jelita, który leży zawsze w tej samej pozycji. Zawieszona jest ona na wiązadłach, łączących ze sobą wątrobę oraz żołądek ze ściana ciała. Reszta jelita, zarówno cienkiego jak i grubego zawieszona jest na przezroczystej błonie, nazywanej krezką. Błona ta pomimo, iż jest cienka, stanowi dobrą podporę dla naczyń krwionośnych czy nerwów dochodzących do jelit. Do dwunastnicy dostają się soki trawienne, pochodzące z wątroby oraz z trzustki. Pierwszy narząd produkuje żółć, drugi natomiast jest źródłem soku trzustkowego. Ponadto w samej dwunastnicy występują małe ale bardzo liczne gruczoły jelitowe, które produkują sok dwunastniczy, składający się z kilku enzymów. Wszystkie wymienione powyżej soki trawienne mieszają się ze sobą oraz z pokarmem i powodują ostateczne jego trawienie, które zostało zapoczątkowane w jamie ustnej oraz w żołądku.

Pokarm znajdujący się w jelitach cały czas pozostaje w ruchu. Jelita poruszają się niezależnie od bodźców dochodzących z zewnątrz, gdyż ich ruchy nie zatrzymują się nawet po przecięciu nerwów układu wegetatywnego. W obrębie jelit mają miejsce dwa rodzaje ruchów. Są to ruchy umożliwiające przesuwanie się treści pokarmowej, odpowiadają za nie ruchy perystaltyczne. Mieszanie się zawartości jelita możliwe jest dzięki ruchom wahadłowym. Fala perystaltyczna nie rozchodzi się w jelicie zbyt daleko. Zazwyczaj droga takiej fali wynosi 10 cm lub nieco więcej. Ruchy wahadłowe są wynikiem skurczów i rozkurczów poszczególnych elementów jelita. Dzięki tym ruchom treść pokarmowa ulega rozkawałkowaniu i mieszaniu się z sokiem trawiennym. Pokarm stykający się ze ścianą jelita cienkiego ulega wchłanianiu. Proces ten możliwy jest dzięki specyficznym strukturom znajdującym się po wewnętrznej części jelita zwanym kosmkami jelitowymi. Wewnątrz kosmka występuje bogate unaczynienie. Składa się na nie drobne naczynie krwionośne oraz limfatyczne. Cząstki pokarmowe wchłaniane przez tę strukturę dostają się bezpośrednio do układu krwionośnego.

Pozostały, nie wchłonięty pokarm przechodzi następnie do jelita grubego. Wraz z cząstkami pokarmowymi dostaje się tu znaczna ilość wody pochodząca w większości z soków trawiennych.

Elementami układu pokarmowego są również duże gruczoły wydzielania wewnętrznego. Pierwszy z nich to wątroba która bezustannie produkuje żółć substancja ta przedostaje się przez kanaliki żółciowe do pęcherzyka żółciowego. Wydzielanie żółci zależy od obecności pokarmu w jelicie. Zwieracz znajdujący się u wejścia przewodu prowadzącego do jelita otwiera się w momencie wejścia w ten odcinek treści pokarmowej. W woreczku żółć ulega zagęszczeniu. Substancja ta nie zawiera żadnego enzymu trawiennego, posiada natomiast zasadowy odczyn, dzięki któremu zobojętnia kwaśną treść pochodzącą z żołądka. Odczyn obojętny umożliwia także uaktywnienie enzymów trawiennych znajdujących się w jelicie. Głównym składnikiem żółci są sole żółciowe, które posiadają właściwości emulgujące tłuszcze. Zapewnia to skuteczniejsze działanie lipaz.

Drugim gruczołem pokarmowym jest trzustka. Ma ona nieregularny kształt i leży pomiędzy dwunastnicą a żołądkiem. Trzustka spełnia podwójną rolę. Z jednej strony bowiem wytwarza enzymy trawienne ale także produkuje niektóre hormony, w tym między innymi insulinę. Podwójna funkcja trzustki możliwa jest dzięki dwojakiemu rodzajowi komórek ją budujących.

W skład soku trzustkowego wchodzą enzymy rozkładające białka, kwasy nukleinowe, tłuszcze oraz węglowodany. Dostaje się on poprzez przewód trzustkowy do dwunastnicy. Jest to przezroczysty płyn o silnie zasadowym odczynie. Dzięki temu możliwe jest zobojętnienie kwaśnej treści pokarmowej pochodzącej z żołądka.

Krew pochodząca z układu pokarmowego zawiera wiele substancji pokarmowych. Wraz z tymi substancjami przez kosmki jelitowe mogą przechodzić także substancje toksyczne lub szkodliwe. Aby uniknąć zatrucia całego organizmu krew z naczyń krwionośnych kosmków zbierana jest w większe naczynia, które łączą się w żyłę wrotną i przechodzi do wątroby.

W narządzie tym oprócz produkcji żółci następuje także unieszkodliwianie trujących substancji a także magazynowanie substancji zapasowych, takich jak glikogen. W wątrobie produkowana jest znaczna ilość ciepła, dlatego narząd ten stanowi jeden z głównych mechanizmów termoregulacyjnych.

Oprócz tego wątroba jest magazynem krwi oraz produkuje znaczne ilości witaminy K.

Kolejnym odcinkiem układu pokarmowego jest jelito grube. Nie ma w ni już kosmków jelitowych, ale ściana jelita grubego zaopatrzona jest w liczne gruczoły wytwarzające śluz. W jelicie grubym następuje absorpcja wody oraz niektórych soli mineralnych. Jelito grube posiada własna florę bakteryjną, która pozwala na rozkładanie nie wykorzystanych substancji pokarmowych, a poza tym jest źródłem witamin B i K.

W obrębię tego jelita dochodzi do formowania się kału. Odchody to przede wszystkim nie wykorzystane związki pokarmowe ale także bakterie jelitowe.

Nie strawione resztki przechodzą przez okrężnicę i dostają się do odbytu. Nagromadzenie się znacznej ilości kału powoduje pojawienie się odruchu warunkującego defekację.