Verdauungssystem

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Einleitung

Verdauungssystem, Organsystem, das Nährstoffe aus der Nahrung aufnimmt und in einfache, im Blut lösliche Substanzen zerlegt, die dann vom Stoffwechsel verwertet werden.

Bei der Verdauung wird die Nahrung sowohl mechanisch als auch chemisch zerkleinert. Sie wird im Mund zu kleinen Stücken zerkaut, mit Verdauungssäften durchmischt und mittels der Peristaltik in die Verdauungsorgane transportiert. Die in den Verdauungstrakt abgegebenen Sekrete enthalten Enzyme, die Kohlenhydrate zu einfachen Zuckern wie Glucose (siehe Zuckerstoffwechsel), Proteine zu Aminosäuren, Fette zu Fettsäuren und Glycerin abbauen sowie Nucleinsäuren in ihre Bestandteile zerlegen. Lediglich Vitamine, Spurenelemente und Wasser werden unzerkleinert aufgenommen. All diese Nährstoffe gelangen aus dem Darm über das Blut zur Leber oder ins Lymphsystem und schließlich zu den Zellen.

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Verdauung beim Menschen

2.1

Mund und Speiseröhre

Die vom vegetativen Nervensystem gesteuerte Verdauung beginnt unmittelbar nach der Nahrungsaufnahme im Mund. Beim Essen sondern die sechs Speicheldrüsen ein Sekret ab, den Speichel. Er mischt sich mit der Nahrung und spaltet mit Hilfe des Enzyms Ptyalin (einer Amylase) Stärke zu Dextrin und Maltose. Außerdem regt er die Ausscheidung weiterer Verdauungsenzyme an, löst feste Nahrung auf und lässt den Nahrungsbrei leicht durch Mund und Speiseröhre gleiten. Den Transport zum Magen unterstützt die Peristaltik der muskulösen Speiseröhre.

2.2

Magen

Im Magen wird der Nahrungsbrei durchmischt und mit Säure weiter aufgeschlossen. Der Magensaft enthält konzentrierte Salzsäure (siehe Chlorwasserstoff), die Proteine denaturiert sowie Mikroorganismen und Viren in der Nahrung abtötet. Die Magenwand schützt sich durch eine Schleimschicht, die laufend nachgebildet wird, vor der Selbstverdauung. Pepsine – von der Salzsäure aktivierte Enzyme – zerlegen die Proteine in Peptide und Aminosäuren; dabei bindet ein spezielles Glykoprotein, der Intrinsic Factor (auch IF-Protein), Vitamin B₁₂. Die Durchmischung des Nahrungsbreis soll verhindern, dass Fette darin schwer aufzulösende Tropfen bilden. Im Magen werden kaum Nährstoffe resorbiert, also ins Blut aufgenommen; das geschieht fast ausschließlich im Darm. Portionsweise wird der Nahrungsbrei an den Dünndarm weitergegeben, indem sich der Ringmuskel am Magenausgang (Pförtner, wissenschaftlich Pylorus) öffnet und wieder schließt.

2.3

Dünndarm

Der größte Teil der Verdauung findet im Dünndarm statt. Hier werden die meisten Nahrungsbestandteile weiter hydrolysiert und resorbiert. Hier entfalten auch zwei starke, aus der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) und der Gallenblase stammende Verdauungssekrete ihre Wirkung. Diese Flüssigkeiten sind leicht alkalisch und neutralisieren die Magensäure. Im Dünndarm selbst wird auch Sekret produziert, sobald die teilweise verdaute Nahrung mechanischen Druck auf die Darmwand ausübt. Die Dünndarmwand enthält außerdem Follikel aus lymphatischem Gewebe, dessen Immunzellen schädliche Fremdstoffe entschärfen.

Der Dünndarm besteht aus mehreren Abschnitten, die aber nicht klar voneinander abgegrenzt sind: Unmittelbar auf den Magenausgang schließt sich der Zwölffingerdarm an (wissenschaftlich Duodenum) – er ist etwa so lang, wie zwölf Finger breit sind. Ihm folgt das Jejunum (Leerdarm) und das Ileum (Krummdarm), dessen Ende in den Dickdarm mündet. Der Dünndarm ist in vielen Schlingen gewunden; seine große Gesamtlänge von etwa 6,7 bis 7,6 Metern trägt zur möglichst effektiven Resorption der Nährstoffe bei.

Die Dünndarmwand ist vielfach gefaltet (durch Kerckring’sche Falten) und weist außerdem – vor allem im vorderen Abschnitt – zahlreiche fingerartige Ausbuchtungen auf, die Zotten (Villi). In den Zotten befinden sich neben Blutgefäßschlingen auch Lymphgefäße, in denen insbesondere Lipide aufgenommen und abtransportiert werden. Auch die Zellen des Darmepithels (Enterozyten) haben auf der Innenseite winzige Ausstülpungen (Microvilli). Beim Erwachsenen beträgt die Gesamtoberfläche des Dünndarmes rund 140 Quadratmeter.

In den Zwölffingerdarm münden die Ausgänge der Bauchspeicheldrüse und der Gallenblase. Das Sekret der Bauchspeicheldrüse enthält zahlreiche Enzyme, z. B. Trypsin und Chymotrypsin, die Proteine spalten, Lipase, die Fette abbaut, und Amylopsin (eine Amylase). Amylopsin hydrolysiert Stärke zu Maltose, die dann von Enzymen des Darmes weiter zu einfachen Zuckern wie Glucose und Fructose gespalten wird. Die meisten Verdauungsenzyme werden erst im Dünndarm mittels anderer Enzyme aus inaktiven Vorstufen (Zymogenen) aktiviert. Hormonell angeregt wird die Produktion des Pankreassaftes, wenn man Proteine oder Fette zu sich nimmt.

Die Galle, die in der Leber gebildet und in der Gallenblase gespeichert wird, unterstützt die Resorption von Lipiden, vor allem Fetten und fettlöslichen Vitaminen. Lipide sind hydrophobe Moleküle: Sie lösen sich nicht in wässrigen Flüssigkeiten wie Blut, sondern bilden Tröpfchen – vergleichbar mit Fettaugen auf einer Suppe. Bei ihrer Verdauung dienen Gallensäuren als Emulgatoren: Sie senken die Oberflächenspannung zwischen Wasser- und Lipidtröpfchen, so dass diese für zersetzende Enzyme (Lipasen) leichter zugänglich sind. Anschließend werden die Fettbestandteile als mizellenartige Komplexe von den Zellen der Darmwand aufgenommen und mit Hilfe von Lipoproteinen im Blut bzw. Lymphsystem abtransportiert.

Die Verdauungsprodukte werden durch die Zellmembran der Darmzellen befördert. Kleine lipophile Moleküle wie Glycerin oder kurze Fettsäuren diffundieren passiv, Wasser und viele Ionen aufgrund osmotischen Druckes (siehe Osmoregulation). Glucose und die meisten Aminosäuren werden dagegen aktiv, also unter Energieverbrauch (ATP), transportiert. Einige Nahrungsbestandteile, etwa wasserlösliche Vitamine, werden auch mit Hilfe besonderer Carrier (Trägerproteine) aufgenommen. Viele Nährstoffe werden wirksamer resorbiert, wenn es dem Organismus daran mangelt.

Die wasserlöslichen Nahrungsbestandteile, insbesondere Salze, Aminosäuren und Kohlenhydrate, gelangen in die Venen des Dünndarmes und sammeln sich in der Pfortader, die unmittelbar in die Leber führt. Nach der Verarbeitung in der Leber werden die wertvollen Bestandteile der Nährstoffe über Lebervenen sowie die untere Hohlvene in den allgemeinen Blutkreislauf befördert, bevor sie im Stoffwechsel der Körperzellen verwertet werden.