Spijsvertering
In de voorgaande blogs heb je kunnen lezen over de verschillende voedingsstoffen die we nodig hebben. Waar we het nog niet over hebben gehad is hoe ons lichaam deze stoffen opneemt en verwerkt. Daarvoor moeten we bij het spijsverteringskanaal zijn. In deze blog wil ik jullie daarin meenemen. Hoe loopt je voedsel van je mond tot je kont?
Organen
Om de spijsvertering beter te begrijpen gaan we eerst kijken naar de organen die bij het spijsverteringssysteem horen.
De mond
De spijsvertering begint in de mond. Als je voedsel ziet, ruikt of proeft wordt er een signaal afgegeven naar de hersenen. In de hersenen worden neuronen geactiveerd: het parasympatische zenuwstelsel. Dit is de eerste respons in de vertering. Speeksel maakt het voedsel wat natter om te kunnen doorslikken, daarnaast heeft het een beschermende werking. Het speeksel antilichamen om eventuele pathogenen uit te schakelen. Verder bevat speeksel ook amylose, dit is een enzym die zetmeel al tijdens het kauwen in kleinere moleculen kan opsplitsen. Naast de chemische vertering door de enzymen in het speeksel, vindt er ook een mechanische vertering plaats. Door het kauwen met je tanden en het bewegen met je tong wordt het voedsel kleiner gemaakt en tot een compacte bal gevormd. De tong drukt de voedsel bal naar achter waardoor het slik reflex begint. Hierbij wordt de neusholte en de luchtpijp afgesloten zodat het voedsel de slokdarm in kan glijden.
De slokdarm
De slokdarm, die voedsel van de keelholte naar de maag doorgeeft, is ongeveer 25cm lang; de breedte varieert van 1,5 tot 2 cm. De slokdarm ligt achter de luchtpijp en het hart en voor de wervelkolom; het gaat door het diafragma voordat het de maag binnengaat. Het voedsel wordt bewogen door middel van de peristaltische beweging. De spieren in de slokdarm knijpen langzaam samen om het voedsel naar beneden te kneden. Hiervoor heeft de slokdarm zowel skeletspieren als gladde spieren die samenwerken om zo de slokdarm kleiner en groter te maken. De binnenkant van de slokdarm is bedenkt met een dikke slijmlaag om het voedsel makkelijker te laten glijden. Deze slijmlaag wordt de mucosa laag genoemd. In de slokdarm vindt geen vertering van voedingsstoffen plaats.
De maag
Vanuit de slokdarm komt het voedsel in de maag terecht. In de maag wordt de voedselbrij gemengd met het maagsap zodat voedseldeeltjes kleiner en beter oplosbaar zijn. De belangrijkste functies van de maag is het begin van de vertering van koolhydraten en eiwitten en het omzetten van de voedselbrij in chyme. De maag bevindt zich linksboven in de buik, direct onder het middenrif. Voor de maag bevindt zich de lever, daarachter zit de alvleesklier, de nieren, de milt en de dikke darm. De cardia is de opening van de slokdarm naar de maag. Het bovenste deel van de maag, is de fundus. De fundus past zich aan aan de wisselende hoeveelheid ingenomen voedsel door de spierwand te ontspannen. Het middelste en ook het grootste deel van de maag wordt het maaglichaam genoemd, het dient vooral als opslag voor ingenomen voedsel en vloeistoffen. Het antrum, het onderste deel van de maag, is enigszins trechtervormig, waarbij het brede uiteinde aansluit op het onderste deel van het maaglichaam en het uiteinde aansluit op het pylorus kanaal, dat uitmondt in de twaalfvingerige darm (het bovenste deel van de dunne darm). De pylorus, het smalste deel van de maag, is de uitlaat van de maag naar de twaalfvingerige darm. Het heeft een diameter van ongeveer 2 cm. De maag kan zich verwijden om ongeveer één liter voedsel of vloeistof op te nemen zonder de druk op de maag te vergroten. De uitzetting van het maaglichaam door voedsel activeert een reflex die de spieractiviteit van het antrum initieert. De maag beweegt en kneed het voedsel op verschillende manieren. Dit zorgt ervoor dat de vertering gemakkelijk kan plaatsvinden, en het helpt het voedsel goed te verdelen en te mengen voordat het zich naar de twaalfvingerige darm verplaatst. Het binnenoppervlak van de maag is bekleed met een slijmvlies dat het maagslijmvlies wordt genoemd. Het slijmvlies is altijd bedekt met een laag dik slijm dat wordt uitgescheiden door hoge kolomvormige epitheelcellen. Maagslijm heeft twee belangrijke doelen; het zorgt voor een gladde laag om de beweging van het voedsel te vergemakkelijken en het vormt een beschermende laag over het slijmvliesepitheel van de maagholte. Het maagzuur heeft een laag pH dat de binnenkant van de maag zou kunnen aantasten. Deze slijmlaag beschermt de maag tegen het lage pH van het maagzuur. De mucosa, of de binnenste slijmlaag van de maag bestaat uit gastric pits die later (dieper in het slijm) overgaan op gastric glands (klieren). In de klieren zitten cellen die stoffen uitscheiden die de vertering van het voedsel bevorderen.
Mucosacellen
De mucus cellen zijn de cellen die het slijm voor de binnenkant van de maag uitscheiden. Dit zorgt voor een beschermende laag tegen het maagzuur. Daarnaast scheidt het ook bicarbonaat uit (HCO3-). Deze stof neutraliseert de pH van het maagzuur zodat er geen schade aan de cellen kan worden gebracht (figuur 1).
De mucus cellen zijn de cellen die het slijm voor de binnenkant van de maag uitscheiden. Dit zorgt voor een beschermende laag tegen het maagzuur. Daarnaast scheidt het ook bicarbonaat uit (HCO3-). Deze stof neutraliseert de pH van het maagzuur zodat er geen schade aan de cellen kan worden gebracht (figuur 1).
Figuur 1.
Chief Cells
Deze cellen scheiden pepsinogeen uit, pepsinogeen moet nog worden omgezet naar het actieve pepsine wat gebeurt door HCL. Pepsine is een protease (eiwitverterend enzym) dus wanneer deze omzetten van pepsinogeen naar pepsine heeft plaatsgevonden kan de eiwitvertering in de maag beginnen.
Deze cellen scheiden pepsinogeen uit, pepsinogeen moet nog worden omgezet naar het actieve pepsine wat gebeurt door HCL. Pepsine is een protease (eiwitverterend enzym) dus wanneer deze omzetten van pepsinogeen naar pepsine heeft plaatsgevonden kan de eiwitvertering in de maag beginnen.
G-cellen
Deze endocriene cellen scheiden het zuur stimulerende hormoon gastrine af als reactie op een verlaagde zuurgraad van de maaginhoud wanneer voedsel de maag binnenkomt en de maag gaat uitzetten. Gastrine komt dan in de bloedbaan en wordt in de bloedsomloop naar het slijmvlies van het middelste gedeelte van de maag vervoerd, waar het zich bindt aan receptoren op het buitenmembraan van de pariëtale cellen. Het gevormde gastrine receptorcomplex stimuleert de secretie van HCL.
Deze endocriene cellen scheiden het zuur stimulerende hormoon gastrine af als reactie op een verlaagde zuurgraad van de maaginhoud wanneer voedsel de maag binnenkomt en de maag gaat uitzetten. Gastrine komt dan in de bloedbaan en wordt in de bloedsomloop naar het slijmvlies van het middelste gedeelte van de maag vervoerd, waar het zich bindt aan receptoren op het buitenmembraan van de pariëtale cellen. Het gevormde gastrine receptorcomplex stimuleert de secretie van HCL.
Pariëtale cellen Pariëtale cellen scheiden waterstofionen af die zich combineren met de chloride-ionen om zoutzuur (HCL) te vormen zoals is te zien in figuur 2. Het zuur dat wordt geproduceerd, wordt afgevoerd naar het lumen van de klier en gaat vervolgens door naar de maag. Dit proces vindt alleen plaats wanneer een of meer typen receptoren op het buitenmembraan van de pariëtale cel zijn geboden aan histamine, gastrine of acetylcholine. Prostaglandinen, hormoonachtige stoffen die in vrijwel alle weefsels en lichaamsvloeistoffen aanwezig zijn, remmen de afscheiding van zoutzuur.
Figuur 2.
De snelheid waarmee de maag wordt geleegd, hangt af van de fysieke en chemische samenstelling van de maaltijd. Vloeistoffen lopen sneller door dan vaste stoffen. De peristaltische beweging in de maag helpt bij het overbrengen van de chyme van de maag naar de dunne darm. In een normale situatie blijft het voedsel 2 tot 6 uur in de maag, daarna wordt het via de sphincter (sluitspier) in porties aan de dunne darm afgegeven.
De dunne darm
De dunne darm is het belangrijkste orgaan van het spijsverteringskanaal. De primaire functies van de dunne darm zijn het mengen en transporteren van de inhoud, de productie van enzymen en andere bestanddelen die essentieel zijn voor de spijsvertering en de opname van voedingsstoffen. De meeste processen die koolhydraten, eiwitten en vetten oplossen en reduceren tot relatief eenvoudige organische verbindingen, vinden plaats in de dunne darm.
De dunne darm, met een lengte van 670 tot 760 cm en een diameter van 3 tot 4 cm, is het langste deel van het spijsverteringskanaal. Het begint bij de pylorus, de verbinding met de maag, en eindigt bij de ileocaecale klep, de verbindingen met de dikke darm. De belangrijkste functionele segmenten van de dunne darm zijn de twaalfvingerige darm, het jejunum en het ileum. De primaire doelen van het bewegen van de dunne darm zijn het mengen en transporteren van de chyme. De peristaltische beweging zorgt voor het transport en de segmentale beweging voor het mixen van de inhoud, zoals is te zien in figuur 3.
Figuur 3.
Hoewel de dunne darm slechts 3 tot 4 cm in diameter en ongeveer 7 meter lang is, wordt geschat dat het totale absorberende oppervlak ongeveer 4500 vierkante meter. Dit is mogelijk door de kleine uitsteeksels die aan de binnenkant van de darm aanwezig zijn. Deze uitsteeksels worden vili genoemd. De inkepingen tussen de vili heten crypten. Hier zitten vooral de cellen die vloeistof en hormonen uitscheiden. Ook de stamcellen die zorgen voor constante vernieuwing van de darmcellen zijn daar aanwezig.
De dikke darm
De dikke darm, of colon, dienst als een reservoir voor de vloeistoffen die er vanuit de dunne darm in worden geleegd. Het heeft een veel grotere diameter dan de dunne darm, ongeveer 2,5 cm in tegenstelling tot 6 cm, met 150 cm lengte is hij ook nog minder dan een kwart van de lente van de dunne darm. De primaire functies van de dikke darm zijn het absorberen van water; om de osmolariteit van het niveau van opgeloste stoffen van het bloed te handhaven door elektrolyten (stoffen zoals natrium en chloride, die in oplossing en elektrische lading aannemen) uit de chyme te scheiden en te absorberen en om ontlasting op te slaan tot het kan worden uitgescheiden.
De alvleesklier
De alvleesklier is een lange, smalle klier die dwars over de bovenbuik ligt, achter de maag en de milt. De alvleesklier is zowel een exocriene als een endocriene klier. Het exocriene weefsel, acinair weefsel genaamd, produceert belangrijke enzymen die worden overgedragen aan de dunne darm voor de vertering. Het endocriene weefsel (eilandjes van Langerhans) levert twee hormonen (insuline en glucagon) die belangrijk zijn bij het reguleren van het koolhydraatmetabolisme.
Acinaire cellen
De acinaire cellen vullen meer dan 95% van het exocriene gedeelte van de pancreas. Ze produceren een verscheidenheid aan spijsverteringseiwitten, of enzymen die voornamelijk betrokken zijn bij de afbraak van voedingseiwitten (proteïnen), vetten (lipiden) en koolhydraten (amylasen) in de darm. In de acinaire cellen worden bijna alle enzymatische eiwitten gesynthetiseerd op ribosomen uit aminozuren die door de bloedbaan naar de pancreas worden vervoerd.
De acinaire cellen vullen meer dan 95% van het exocriene gedeelte van de pancreas. Ze produceren een verscheidenheid aan spijsverteringseiwitten, of enzymen die voornamelijk betrokken zijn bij de afbraak van voedingseiwitten (proteïnen), vetten (lipiden) en koolhydraten (amylasen) in de darm. In de acinaire cellen worden bijna alle enzymatische eiwitten gesynthetiseerd op ribosomen uit aminozuren die door de bloedbaan naar de pancreas worden vervoerd.
Eilandjes cellen Er zijn drie soorten eilandjes cellen, aangeduid als alfa, bèta en delta, die ongeveer 2% van de totale pancreas massa uitmaken. Eilandcellen zijn ongeveer 20 tot 35% alfa, 60 tot 75% bèta en 5% delta. Uit de alfa cellen wordt glucagon afgegeven wat leidt tot de afbraak van glycogeen in de lever en verhoging van het niveau bloedglucose. De bèta cellen geven insuline af wat eigenlijk het tegenovergestelde doet. Delta cellen geven somatostatine af, waarvan de effecten de afgifte van glucagon en insuline remmen.
De lever
De lever is niet alleen de grootste klier in het lichaam, maar ook degene met de meest complexe functie. De belangrijkste functies van de lever zijn om deel te nemen aan het metabolisme van eiwitten, koolhydraten en vet om cholesterol en galzuren te synthetiseren. Het synthetiseren van galzuren is nodig voor de productie van gal om deel te nemen aan het transport van bilirubine om bepaalde medicijnen te stabiliseren en te transporteren en om het transport en opslag van koolhydraten te regelen.
Galwegen
Gal wordt gemaakt door de lever en vervolgens opgeslagen in de galblaas, wanneer de gal nodig is wordt het naar de dunne darm getransporteerd. Gal bestaat uit gezouten cholesterol, bilirubine en afval van lichaamsvreemde stoffen. Galzouten worden gemaakt door steroïden, galzuren en uit aminozuren. Galzouten zorgen ervoor dat niet oplosbare vetten iets meer wateroplosbaar worden gemaakt, dit wordt emulsificatie genoemd. Het merendeel van de galzouten worden weer heropgenomen, aan het einde van de dunne darm en met de poortader teruggebracht naar de lever.
Vertering van voedingsstoffen
Nu we weten welke weg ons voedsel doorloopt nadat we het hebben doorgeslikt gaan we kijken hoe de voedingsstoffen worden opgenomen door het lichaam.
Vertering van koolhydraten
Koolhydraten worden geabsorbeerd als monosachariden (eenvoudige suikers zoals glucose, fructose en galactose die niet verder kunnen worden afgebroken door hydrolyse) of als disachariden (koolhydraten zoals sucrose, lactose, maltose en dextrine die kunnen worden gehydrolyseerd tot twee monosachariden). Deze eenvoudige moleculen moeten echter worden verkregen door de afbraak van polysachariden, complexe koolhydraten die veel monosachariden bevatten. De belangrijkste hiervan is amylose, een zetmeel dat 20% van de koolhydraten in de voeding uitmaakt. Amylose bestaat uit een rechte keten van glucosemoleculen die door zuurstofverbindingen aan hun buren zijn gebonden. Het grootste deel van het zetmeel is amylopectine.
Slechts een kleine hoeveelheid zetmeel wordt verteerd door speekselamylase, maar ook het amylase uit de alvleesklier heeft weinig effect op de zijketens van amylopectine en nog minder op de bindingen in cellulosemoleculen. Dit verklaart het onvermogen van mensen om cellulose af te breken. Er zijn verschillende vormen van amylase in pancreas sap waarvan de functie is om complexe koolhydraten te hydrolyseren tot disachariden en trisaccharide en amylopectine tot dextrines. In de borstelrand en het oppervlakte membraan van het epitheliale enterocyten bevinden zich de disaccharidase-enzymen, lactase, maltase, sucrase en trehalose die maltose en dextrines hydrolyseren tot monosachariden, glucose, galactose en fructose.
Glucose, een van de twee monosachariden componenten van tafelsuiker (sucrose) en melksuiker (lactose), wordt gecombineerd met fosfaat in de levercel en wordt ofwel naar perifere weefsels getransporteerd voor metabolische doeleinden of opgeslagen als glycogeen.
Om de koolhydraten op te nemen zijn verschillende manieren van transport aanwezig. De makkelijkste manier is het passieve transport: spontaan bewegen van moleculen het bloed in. Daar is geen energie voor nodig maar over het algemeen wel een gradiënt verschil. Passief transport komt voor in de vorm van diffusie of osmose.
Daarnaast worden veel suikers opgenomen en verplaatst via actief transport. Dit gaat met een draag molecuul of via transporters. Actief transport kost altijd energie in de vorm van ATP, daarom kunnen moleculen ook op deze manier tegen het gradiënt in worden verplaatst, zo hoeven ze niet altijd van een hoge naar een lage concentratie. Actief Transport kan je ook nog onderverdelen in twee types: primair actief transport, dit is direct gekoppeld aan het gebruik van ATP en secundair actief transport, dit is indirect gekoppeld aan het gebruik van ATP.
Bij het absorberen van koolhydraten in de dunne darm wordt secundair actief transport toegepast, dat betekent dat er ATP nodig is maar indirect. Voor de opname van glucose zijn twee transporters nodig: de SGLT en de GLUT2 transporter. Een glucose kan niet automatisch door de transporter opgenomen worden, daar is een natrium gradiënt voor nodig, de natrium gradiënt wordt veroorzaakt door de natrium-kalium-pomp. Deze pomp zorgt ervoor dat het natrium vanuit de darmcel wordt getransporteerd en dat er dus minder natrium in de darmen achterblijft. De natrium-kalium-pomp werkt met ATP en is dus een actief transport. Omdat er nu in de darmcellen minder Natrium aanwezig is kan de SGLT, natrium met de gradiënt naar binnen transporteren en daarbij glucose meenemen zoals is te zien in figuur 4. Natrium wordt vervolgens met de pomp weer naar buiten gepompt en de glucose verlaat de darmcel en wordt met de GLUT2 receptor in de capillaire opgenomen.
Figuur 4.
De vertering van vetten
90% Van de vetten in voedsel zijn triglyceride. Triglyceride worden afgebroken door de enzymen lipase en colipase welke worden uitgescheiden in de pancreas en zo in de darmen terechtkomen. De triglyceriden worden door de enzymen afgebroken tot monoglyceride en vrije vetzuren.
Een eigenschap van vetten is dat deze niet wateroplosbaar zijn. Dus om vetten op te kunnen nemen zijn er galzouten nodig, deze worden gemaakt in de lever en via de galblaas in de dunne darm uitgescheiden. De galzouten hebben een hydrofobe en een hydrofiele kant en kunnen zo om het vet heen gaan zitten. De hydrofiele kant naar het water toe en in contact met de darm omgeving.
Als het vetdruppeltje zo beter oplosbaar is in water kunnen vervolgens de lipases erbij komen, die zorgen voor de afbraak van triglyceride in de monoglyceride en vrije vetzuren. De afgebroken lipiden vormen micellen, die worden vervolgens verplaatst naar de brusboarder van de darm zodat deze afgebroken vetten opgenomen kunnen worden door de darmcellen.
Als de micellen in de buurt komen van de burshboarder scheiden de monoglyceriden en vetzuren van de micellen. De monoglyceriden en de vetzuren diffunderen vervolgens door het membraan van de dunne darm in.
Wanneer de monoglyceriden de darmcel binnen zijn vormen ze weer triglyceriden. De triglyceriden vormen samen met cholesterol de chylomicronen. De chylomicronen worden door het Golgi apparatus ingepakt in vesicles die over de darmwand heen getransporteerd kunnen worden. Deze vesicles zijn te groot om de capillaire binnen te komen dus wordt het vervoerd door het lymfesysteem. Dit hele proces in laten zien in figuur 5.
Figuur 5.
De vertering van eiwitten
Eiwitten zijn ketens van aminozuren, de grootste soort, zeer lange ketens worden polypeptiden genoemd. Om de peptiden goed te kunnen opnemen moeten de peptide bindingen tussen de aminozuren worden verbroken. Voor het afbreken van de bindingen zijn twee verschillende soorten enzymen. Endopeptidase en exopeptidase.
De endopeptidase, waar pepsine en trypsine onder vallen, kan polypeptiden alleen in het midden van de keten afbreken. Dit resulteert in twee kleinere peptiden. Het exopeptidase, kan niet in het midden een peptide binding verbreken maar alleen aan het uiteinde van het eiwit. Hierdoor ontstaan losse aminozuren en kleine peptideketens. Een bekende exopeptidase is carboxypeptidase, deze wordt uitgescheiden door de pancreas.
De iets grotere stukken, ketens van 2 a 3 peptides, worden ge-co-transporteert met een H+ over het membraan. Nu kunnen ze of door peptidase in de cel worden afgebroken tot aminozuren of ze kunnen met een zelfde H+ -co-transporter naar het bloed getransporteerd worden.
Een andere manier om iets grotere peptides te kunnen transporteren is de transcytose. Dit zijn een soort blaasjes waarmee de moleculen over de cel kunnen worden getransporteerd.
De spijsvertering: samengevat
De spijsvertering loopt vanaf je mond, via je slokdarm naar de maag. Daar is een korte pauze voor vertering. Vanuit daar wordt je voedsel getransporteerd naar de dunne darm en dan naar de dikke darm. Bij de vertering van voedingsstoffen in de dunne darm komt nog de secretie van hormonen en gal kijken die worden geproduceerd in de alvleesklier en de lever.
Grote koolhydraten worden verkleind door het enzym amylase waarnaar de kleine moleculen met behulp van een secundair actief transport het bloed in kunnen worden getransporteerd.
Vetten worden afgebroken tot monoglyceride en vrije vetzuren waarna ze met behulp van galzouten wateroplosbaar zijn en kunnen worden ingepakt in micellen. De micellen kunnen de cel binnen. Hierna vormen de monoglyceride en de vrije vetzuren weer triglyceride en kunnen zo met behulp van het Golgi apparatus worden vervoerd via het lymfesysteem door het lichaam.
Eiwitten moet van grote peptiden afgebroken worden tot kleine aminozuren of korte peptiden. Deze kunnen worden ge-co-transporteert met een H+ ion over het celmembraan waarna ze met diezelfde transporter naar het bloed worden getransporteerd.