התאמת מבנה לתפקוד
כיצד כל איבר עיכול מותאם לתפקידו?
מבנה קובע תפקוד
הקיבה - חדר עיכול חזק
התאמות הקיבה
דופן שרירית עבה
שלוש שכבות שרירים מתכווצות ולשות את המזון - עיכול מכני חזק.
חומצת מלח (HCl)
pH 2 - סביבה חומצית מאוד. הורגת חיידקים ומפעילה את פפסין.
פפסין
אנזים שמפרק חלבונים. פעיל רק בסביבה חומצית (pH 2).
ריר מגן
שכבת ריר מגנה על דופן הקיבה מפני החומצה והאנזימים. ללא הגנה זו, הקיבה הייתה מעכלת את עצמה.
כיב קיבה
כשהגנת הריר נפגעת (למשל ע"י החיידק Helicobacter pylori), החומצה מתחילה לאכול את דופן הקיבה - נוצר כיב קיבה. הטיפול כולל אנטיביוטיקה (להריגת החיידק) ותרופות שמפחיתות הפרשת חומצה.
המעי הדק - מפעל ספיגה
המעי הדק - ספיגה מרבית
המעי הדק הוא האיבר המרכזי לעיכול כימי ולספיגת חומרי מזון.
אורך: כ-6 מטר - זמן שהייה ארוך לעיכול מלא.
סיסים (וילי): בליטות קטנות שמכסות את הדופן הפנימית. כל סיס מכיל רשת נימי דם צפופה.
מיקרו-סיסים: בליטות זעירות על כל סיס - מגדילים את שטח הפנים עוד יותר.
שטח פנים עצום: הקיפולים, הסיסים והמיקרו-סיסים יחד יוצרים שטח פנים של כ-250 מ"ר - כמגרש טניס!
דופן דקה: שכבת תאים אחת בלבד בין חלל המעי לנימי הדם - ספיגה מהירה.
כל ההתאמות האלו מבטיחות ספיגה מרבית של חומרי מזון מפורקים לדם.
הסיסים כמו אצבעות שטובלות במזון
דמיינו מגבת רגילה ומגבת עם סיבים ארוכים. איזו מגבת סופגת יותר מים? כמובן שהמגבת עם הסיבים - כי יש לה שטח פנים גדול יותר!
הסיסים במעי הדק עובדים על אותו עיקרון. הם כמו מיליוני אצבעות זעירות שבולטות מדופן המעי פנימה, ו'טובלות' במזון המעוכל. ככל שיש יותר אצבעות - יש יותר שטח מגע - ויותר חומרים נספגים.
ועל כל 'אצבע' יש עוד אלפי בליטות מיקרוסקופיות (מיקרו-סיסים) - כמו שערות על אצבע. זה מגדיל את השטח עוד ועוד!
מספר מדהים: שטח פנים של מגרש טניס!
אם היינו פורשים את דופן המעי הדק (עם כל הקיפולים, הסיסים והמיקרו-סיסים) על משטח שטוח, היינו מקבלים שטח של כ-250 מ"ר - בערך כשטח של מגרש טניס!
כל השטח הענק הזה ארוז בתוך צינור באורך 6 מטר בלבד שנמצא בבטן שלנו. זו דוגמה מרהיבה לעיקרון הגדלת שטח הפנים בביולוגיה.
שלוש רמות של הגדלת שטח פנים
רמה 1: קיפולים
דופן המעי מקופלת בקיפולים עגולים גדולים.
ניתן לראות בעין.
מגדילים שטח פי 3.
רמה 2: סיסים (וילי)
בליטות זעירות (1 מ"מ) על הקיפולים.
כל סיס עם נימי דם וכלי לימפה.
מגדילים שטח פי 10.
רמה 3: מיקרו-סיסים
בליטות מיקרוסקופיות על כל תא סיס.
נראים רק במיקרוסקופ אלקטרונים.
מגדילים שטח פי 20.
דופן חלקה מול סיסים מול מיקרו-סיסים
דופן חלקה (היפותטית)
שטח פנים: קטן
ספיגה: איטית ומינימלית
לא מספיק לצרכי הגוף
דוגמה: אם המעי היה צינור חלק - היינו צריכים מעי באורך עשרות מטרים
סיסים + מיקרו-סיסים
שטח פנים: 250 מ"ר
ספיגה: מהירה ויעילה
דופן דקה + נימי דם = מעבר מיידי לדם
דוגמה: פי 600 שטח ממעי חלק - מאפשר ספיגה ב-6 מטר בלבד
כיצד מתבצעת הספיגה?
דיפוזיה - מנוע הספיגה
הספיגה במעי מבוססת על תופעה פיזיקלית פשוטה - דיפוזיה.
דיפוזיה = תנועת חלקיקים מריכוז גבוה לריכוז נמוך.
במעי הדק:
- ריכוז המולקולות הקטנות (גלוקוז, חומצות אמינו) גבוה בחלל המעי
- ריכוזן נמוך בדם (כי הדם כל הזמן זורם ולוקח אותן)
לכן המולקולות עוברות מהמעי לדם - מריכוז גבוה לנמוך.
מה עוזר?
- שטח פנים עצום (סיסים) - יותר 'שערים' למעבר
- דופן דקה - מרחק מעבר קצר
- נימי דם צפופים - הדם כל הזמן 'מפנה מקום' למולקולות חדשות
הספיגה מתבצעת בדיפוזיה - מריכוז גבוה במעי לריכוז נמוך בדם. שטח פנים גדול ודופן דקה מאיצים את התהליך.
עקרון הגדלת שטח פנים - איפה עוד?
עקרון שטח הפנים בגוף ובטבע
שלפוחיות ריאה
300 מיליון שלפוחיות זעירות בריאות יוצרות שטח של 70 מ"ר - לחילוף גזים יעיל בין אוויר לדם.
שערות שורש בצמח
שורשי צמח מכוסים במיליוני שערות שורש זעירות שמגדילות את שטח הספיגה של מים ומינרלים מהקרקע.
מיטוכונדריון
הקרום הפנימי של המיטוכונדריון מקופל בקיפולים רבים (קריסטות) - להגדלת שטח הפנים לנשימה תאית.
כליות
הכליות מכילות כ-2 מיליון נפרונים (יחידות סינון) עם שטח פנים עצום לסינון הדם.
עקרון הגדלת שטח הפנים: בגוף, בכל מקום שצריך חילוף חומרים יעיל, שטח הפנים מוגדל. דוגמאות נוספות: שלפוחיות ריאה (חילוף גזים), שערות שורש (ספיגת מים בצמח), קרום פנימי של מיטוכונדריון (נשימה תאית).
מנגנוני הגנה במערכת העיכול
מנגנוני הגנה
ריר בקיבה
מגן על דופן הקיבה מחומצה ומפפסין. מתחדש כל 2 שבועות.
חומצת הקיבה
הורגת את רוב החיידקים שנכנסים עם המזון - קו הגנה ראשון.
ביקרבונט
מסתיר את חומצת הקיבה כשהמזון מגיע למעי הדק - מגן על רקמת המעי.
חיידקים ידידותיים
תופסים מקום ומשאבים, ומונעים התיישבות של חיידקים מזיקים.
רוק
מכיל ליזוזים - אנזים שהורג חיידקים. קו הגנה הראשון בפה.
פריסטלטיקה
התנועה המתמדת מונעת הצטברות של חיידקים ורעלים באזור אחד.
מה קורה אחרי הספיגה?
חומרי המזון המפורקים עוברים מדופן המעי הדק לנימי דם. הדם מוביל אותם לכבד לעיבוד ומשם לכל תאי הגוף. בתאים הם משמשים לנשימה תאית (אנרגיה) ולבניית מולקולות חדשות.
←←רמת pH באיברי מערכת העיכול
| איבר | pH | סביבה | הסבר |
|---|---|---|---|
| פה | 6.5-7 | ניטרלית | עמילאז פועל ב-pH ניטרלי |
| קיבה | 1.5-2 | חומצית מאוד | HCl - מפעילה פפסין, הורגת חיידקים |
| תריסריון (תחילת מעי דק) | 6-7 | ניטרלית | ביקרבונט מהלבלב מסתיר את החומצה |
| מעי דק | 7.5-8 | בסיסית קלה | אנזימי לבלב פעילים ב-pH בסיסי |
| מעי גס | 5.5-7 | חומצית-ניטרלית | חיידקים מייצרים חומצות אורגניות |
* שימו לב לשינוי הדרמטי: מ-pH 2 בקיבה ל-pH 8 במעי הדק - הביקרבונט עושה את ההבדל!
המעי הגס - סיום התהליך
תפקידי המעי הגס
המעי הגס אחראי על ספיגת מים ומלחים מהמזון שעבר עיכול. ללא ספיגה זו, הגוף היה מאבד כמויות גדולות של מים.
- ספיגת מים - מונע התייבשות
- ספיגת מלחים ומינרלים
- חיידקים מייצרים ויטמינים (K, B12)
- עיצוב ואחסון צואה עד ההפרשה
שאלה לחשיבה
מה היה קורה אם דופן הקיבה לא הייתה מייצרת שכבת ריר מגן?
ללא שכבת הריר, חומצת המלח והאנזים פפסין היו מתחילים לפרק את דופן הקיבה עצמה - כי דופן הקיבה בנויה מחלבונים. זה בדיוק מה שקורה בכיב קיבה - אזור שבו שכבת הריר נפגעה, והחומצה מתחילה לאכול את הדופן.
שאלה לחשיבה
כיצד מבנה הסיס (וילוס) מותאם לספיגה יעילה? תנו שלוש התאמות.
1) הסיס קטן ומכופל - מגדיל שטח פנים. 2) דופן הסיס דקה - שכבת תאים אחת בלבד, מה שמאפשר מעבר מהיר של חומרים. 3) בתוך כל סיס יש רשת נימי דם צפופה - כך שהחומרים שנספגים מגיעים מיד לזרם הדם ומובלים הלאה.
שאלה לחשיבה
מחלה מסוימת גורמת להרס הסיסים במעי הדק (מחלת צליאק). כיצד זה ישפיע על המטופל?
הרס הסיסים מפחית דרמטית את שטח הפנים הזמין לספיגה. המטופל לא יצליח לספוג מספיק חומרי מזון למרות שהוא אוכל - מצב של תת-תזונה. הסימפטומים כוללים: ירידה במשקל, חולשה, חוסר ויטמינים ומינרלים, כאבי בטן ושלשולים. הטיפול כולל הימנעות מגלוטן שגורם לתגובה החיסונית ההורסת.
מחלת צליאק היא מחלה אוטואימונית שבה מערכת החיסון תוקפת את הסיסים במעי הדק בתגובה לגלוטן (חלבון בחיטה, שעורה ושיפון).
- כשחולה צליאק אוכל גלוטן, מערכת החיסון גורמת לדלקת שהורסת את הסיסים
- ללא סיסים, שטח הספיגה קטן דרמטית - חומרי מזון לא נספגים
- כ-1% מהאוכלוסייה סובלים מצליאק
- הטיפול היחיד: דיאטה ללא גלוטן - הסיסים מתחדשים תוך חודשים