Tiểu luận Quá trình tiêu hóa và hấp thu dinh dưỡng ở người và động vật

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC - THỰC PHẨM aõb TIỂU LUẬN MÔN : SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG ĐỀ TÀI: QUÁ TRÌNH TIÊU HÓA VÀ HẤP THU DINH DƯỠNG Ở NGƯỜI VÀ ĐỘNG VẬT GVHD: TH.S. TRẦN ĐỨC VIỆT SVTH : PHAN TRẦN NHẬT LINH NGUYỄN THỊ ÁI VÂN NGUYỄN VĂN VINH PHAN THỊ HỒNG YẾN LỚP : DHTP5LT - NHÓM: 21 Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 10 năm 2010 GIỚI THIỆU CHUNG Cơ thể sống, ví dụ cơ thể người, được cấu tạo gồm nhiều hệ cơ quan có chức năng sinh lý nhất định, như hệ da có chức năng bảo vệ, cảm giác; hệ cơ - xương có chức năng vận động; hệ tiêu hóa có chức năng dinh dưởng; hệ tuần hoàn có chức năng vận chuyển máu, oxy và khí cacbonic; hệ hô hấp có chức năng trao đổi khí oxy và khí cacbonic; hệ tiết niệu có chức năng bài tiết nước tiểu; hệ miễn dịch có chức năng bảo vệ cơ thể, chống các tác nhân gây bệnh; hệ sinh dục có chức năng sản sinh ra các tinh trùng, trứng và các hợp tử nhằm duy trở các thế hệ; hệ cảm giác và thần kinh có chức năng thu nhận, xử lý và phát thông tin để điều hoà điều khiển hoạt động của toàn bộ cơ thể. Hệ cơ quan bao gồm nhiều cơ quan, như hệ tuần hoàn gồm có tim là cơ quan phân phát máu, hệ mạch là cơ quan vận chuyển máu và máu có chức năng vận chuyển các chất, khí oxy và khí cacbonic. Mỗi cơ quan được cấu tạo từ các mô khác nhau như biểu mô, mô liên kết, mô cơ, mô xương, mô thần kinh v.v... Mỗi mô được cấu tạo bởi nhiều tế bào có cấu tạo và chức năng nhất định. Ví dụ da người được cấu tạo gồm lớp biểu bì bao ở mặt ngoài và lớp chân bì nằm ở phía dưới. Lớp biểu bì được cấu tạo bởi nhiều biểu mô có chức năng bảo vệ, các lớp chân bì được cấu tạo từ mô liên kết có chức năng nâng đỡ dinh dưởng. Biểu bì được cấu tạo từ các tế bào biểu mô nên có chức năng sản sinh ra các tế bào biểu mô khác nhau như tế bào biểu mô sừng có chức năng chế tiết chất sừng, móng tay, móng chân, tóc; các tế bào sắc tố có chức năng tiết sắc tố melanin v.v... CHƯƠNG 1 HỆ TIÊU HÓA Ở NGƯỜI Hệ tiêu hóa ở người Các sinh vật dị dưỡng (trong đó có con người) không thể tự tạo ra những hợp chất cao năng lượng từ các nguyên liệu vô cơ. Chúng phải thu nhận các chất giàu năng lượng có sẵn để duy trì và tăng trưởng.             Có bốn nhóm sinh vật dị dưỡng chính: các vi khuẩn không quang hợp, nấm, nguyên sinh động vật không quang hợp và động vật. Vi khuẩn và nấm không có hệ tiêu hóa bên trong nên phương thức dinh dưỡng chính của chúng là hấp thu. Chúng có thể sống hoại sinh (saprophytic) hoặc ký sinh (parasitic). Ngược lại nguyên sinh động vật và động vật có phương thức dinh dưỡng chính là thu nhận thức ăn. Chúng có thể là những động vật ăn cỏ (herbivore), ăn thịt (carnivore) hoặc ăn tạp (omnivore).             Giai đoạn đầu tiên của quá trình tiêu hóa là sự thu nhận thức ăn (ingestion). Giai đoạn thứ hai là sự tiêu hóa (digestion). Ðó là quá trình phá vỡ thức ăn thành những phân tử nhỏ đủ cho cơ thể hấp thu. Khối vật liệu hữu cơ trong thức ăn có thể có protein, lipid, carbohydrat, acid nhân. Mặc dù những đại phân tử nầy là những nguyên liệu thích hợp nhưng động vật không thể trực tiếp sử dụng chúng vì hai lý do. Một là các đại phân tử quá lớn không thể đi qua màng để vào bên trong tế bào. Hai là các đại phân tử cấu trúc nên một động vật không giống với các đại phân tử trong thức ăn. Tuy nhiên trong việc xây dựng các đại phân tử cho chính bản thân, tất cả các động vật đều sử dụng các đơn phân giống nhau. Vì vậy, sự tiêu hóa sẽ cắt các đại phân tử thành các đơn phân mà động vật có thể sử dụng chúng để tạo ra các phân tử riêng cho mình. Carbohydrat được cắt thành các đường đơn, lipid được tiêu hóa thành glycerol và acid béo, protein bị thủy phân thành các acid amin và acid nhân  bị cắt thành các nucleotid.             Cần nhớ lại rằng, khi một tế bào tổng hợp một đại phân tử bằng cách liên kết các đơn phân với nhau, chúng thường phải tách một phân tử nước khi thành lập một liên kết hóa trị. Sự tiêu hóa đi ngược lại quá trình nầy bằng cách bẻ gãy liên kết và thêm vào một phân tử nước. Quá trình nầy được gọi là sự thủy phân và cần có sự tham gia của các enzim. Các enzim thủy phân xúc tác cho sự tiêu hóa của từng loại đại phân tử có trong thức ăn. Sự tiêu hóa hóa học nầy thường xảy ra sau sự tiêu hóa cơ học. Trong sự tiêu hóa cơ học, thức ăn bị phá vỡ thành những mảnh nhỏ hơn làm tăng bề mặt tiếp xúc của chúng với dịch tiêu hóa có chứa các enzim thủy phân. Ðộng vật phải tiêu hóa thức ăn trong một số ngăn đã được chuyên hóa để các enzim thủy phân có thể tác kích vào các đại phân tử thức ăn mà không gây nguy hiểm cho các tế bào.             Hai giai đoạn cuối cùng của quá trình tiêu hóa xảy ra sau khi thức ăn đã được tiêu hóa. Giai đoạn thứ ba là sự hấp thu (absorption), các tế bào động vật thu nhận các phân tử nhỏ nhu acid amin, đường đơn, acid béo... từ các ngăn tiêu hóa. Sau cùng, sự thải bả (elimination) xảy ra, các vật liệu không tiêu hóa được đưa ra khỏi các ngăn tiêu hóa. CẤU TRÚC CỦA HỆ TIÊU HÓA Ở NGƯỜI Vì người là một động vật ăn tạp, tiêu thụ cả động vật lẫn thực vật nên hệ thống tiêu hóa của người đã được chuyên hóa thích nghi với nhiều loại thức ăn khác nhau. Hệ thống tiêu hóa của người được minh họa trong hình 1. Nó bao gồm một ống dài gọi là ống tiêu hóa cùng với các cơ quan có liên quan như gan và tụy. Hình 1. Hệ thống tiêu hóa của người Xoang miệng: - Hàm răng của người bao gồm 3 loại răng: + Răng nanh dùng để xé thức ăn+ Răng cửa dùng để cắt thức ăn+ Răng hàm dùng để nghiền nát thức ăn- Sau đây là cấu tạo của răng: - Men răng là một lớp tinh thể canxi photphat rất bền và là chất cứng nhất do sinh giới tạo ra. Men răng không có khả năng tái tạo. Men răng có thể bị ăn mòn bởi axit trong khoang miệng, do đó cần phải đánh răng thường xuyên. - Ngà răng là cấu trúc tương tự như xương, hình thành nên phần chính của răng nằm ở bên trong. Có khả năng tái tạo nhưng rất hạn chế. Ngà răng đóng vai trò bảo vệ răng trong trường hợp men răng bị nứt hoặc vỡ. - Tủy răng nằm ở chính giữa của răng, chứa các mạch máu và dây thần kinh. - Xi măng bao quanh chân răng giữ cho răng nằm đúng vị trí - Giữa lớp xi măng với xương hàm có 1 lớp màng ngoài răng gồm những sợi collagen ngắn giúp răng có thể xê dịch 1 chút trong hố răng, giúp giảm đi những tác động làm nứt vỡ răng. Răng của các loài động vật được chuyên hóa theo nhiều cách khác nhau và có thể hoàn toàn khác với răng người về số lượng, cấu trúc, cách sắp xếp và chức năng. Thí dụ: răng của rắn rất mãnh, nhọn và thường cong về phía sau. Chúng giữ chức năng bắt mồi nhưng không tiêu hóa cơ học vì rắn không nhai thức ăn mà nuốt toàn bộ con mồi. Răng của thú ăn thịt như chó và mèo thường nhọn hơn răng người, các răng nanh dài, răng tiền hàm không có bề mặt rộng để nhai vì chúng thích nghi với việc cắt và xé thức ăn. Ngược lại, các động vật ăn cỏ như bò, ngựa lại thiếu răng nanh, có răng tiền hàm lớn và răng hàm có nhiều gờ.             Cần lưu ý rằng răng nhọn, sắc, ít thích nghi với việc nhai, dường như là đặc trưng cho nhiều loài ăn thịt như rắn, chó, mèo trong khi răng có bề mặt rộng, thích nghi cho sự nhai, dường như đặc trưng cho các động vật ăn cỏ. Người là một động vật ăn tạp do đó răng, về cả cấu trúc và chức năng, đều có những đặc điểm chuyên hóa cao như ở động vật ăn cỏ và ăn thịt. Tương tự, các cơ hàm của mỗi loài cũng tiến hóa phù hợp với nhu cầu dinh dưỡng của chúng. Lưỡi - Lưỡi là một khối cơ vân chắc được phủ bằng lớp chất nhày có khả năng chuyển động linh hoạt trong khoang miêng. Lưỡi có nhiều mạch máu và dây thần kinh. Mặt trên lưỡi có các gai vị giác. Lưỡi có chức năng:+ Nhào trộn thức ăn với nước bọt+ Chuyển động thức ăn qua lại giúp nhai kỹ hơn+ Chức năng vị giác. Chức năng này rất quan trọng vì giúp lựa chọn thức ăn và kích thích tiết nước bọt.+ Tham gia vào việc phát âm+ Tham gia phản xạ nuốt Tuyến nước bọt             Bên cạnh chức năng của răng, xoang miệng còn có những chức năng khác. Ở đây, hương vị của thức ăn được nhận cảm (hoạt động rất quan trọng trong việc chọn lọc thức ăn). Ðồng thời, thức ăn cũng được trộn với nước bọt do các tuyến nước bọt tiết ra. Nước bọt hòa tan một vài loại thức ăn và tác động như một chất bôi trơn, giúp thức ăn đi qua các phần khác của ống tiêu hóa. Nước bọt của người có các enzim tiêu hóa tinh bột. Nó cũng có chứa các tác nhân kháng khuẩn (ion thiocyanate) giúp tiêu diệt các vi khuẩn có hại xâm nhập theo đường miệng.             Các cơ lưỡi sẽ điều khiển thức ăn trong quá trình nhai và làm cho nó trở thành một khối, gọi là viên thức ăn (bolus). Sau đó viên thức ăn được nuốt vào yết hầu, qua thực quản.  Tuyến nước bọt là nơi nước bọt được tiết ra. Trong khoang miệng có 3 đôi tuyến nước bọt lớn nằm ở mang tai, dưới hàm và dưới lưỡi. Ngoài ra còn các tuyến nhỏ nằm rải rác trong khoang miệng. Đôi tuyến mang tai tiết nước bọt loãng và nhiều enzim. Đôi tuyến dưới lưỡi tiết nước bọt đăc và nhiều chất nhày. Đôi tuyến dưới hàm tiết chất nhày và enzim với lượng ngang nhau. Hầu: Là một đoạn ống cơ dài 12 cm,nằm trước cột sống cổ. Ở đây có sụn thanh nhiệt làm nhiệm vụ đóng kín khí quản khi nuốt. Hầu vừa là đường dẫn thức ăn từ khoang miệng vào thực quản, vừa là đường dẫn khí từ khoang mũi qua thanh quản vào khí quản. 2.Thực quản và dạ dày: Thực quản là một ống cơ dài 22-25 cm nối tiếp với phần hầu, chạy sau thanh quản và khí quản, sát cột sống, chui qua khoang ngực, qua cơ hoành đi vào và nối với dạ dày trong phần trên của xoang bụng. Thức ăn được đẩy dọc theo thực quản bởi sóng co cơ của quá trình nhu động (peristalsis). Các cơ vòng trong thành thực quản ngay phía trên viên thức ăn co bóp, dồn thức ăn về phía trước.  Khi viên thức ăn di chuyển, các cơ ở vùng phía sau viên thức ăn co lại và thường xuyên đẩy nó về phía trước.Tại chỗ nối giữa thực quản và dạ dày là một cơ vòng đặc biệt gọi là cơ thắt tâm vị.  Khi cơ co lại, nó sẽ làm đóng tâm vị (đường vào dạ dày). Bình thường tâm vị đóng lại để ngăn không cho thức ăn trong dạ dày di chuyển ngược về thực quản khi dạ dày co bóp trong quá trình tiêu hóa. Tâm vị sẽ mở ra khi có một sóng nhu động đến từ thực quản chạm vào cơ thắt.             Dạ dầy nằm hơi lệch về phía trái ở phần trên của bụng, dưới cơ hoành, phía trên nối với thực quản qua lỗ tâm vị, được đóng mở qua cơ thắt tâm vị, phía dưới nối với tá tràng của ruột non, được đóng mở bằng cơ thắt môn vị. Trên bề mặt biểu mô có nhiều chỗ lõm sâu vào bên trong tạo ra rất nhiều tuyến ống gọi là các phễu dạ dày. Trong các phễu này có các tế bào viền sản xuất ra acid chlohydric và các tế bào chính sản xuất ra pepsinogen. Ngoài ra thành dạ dày còn có các tế bào nội tiết sản sinh hormone gastrin có tác dụng kích thích sự tiết dịch của dạ dày. Dạ dày là phần rộng nhất của ống tiêu hóa, có sức chứa khoảng 3 lit. Ngoài chức năng là một cơ quan dự trữ thức ăn dạ dày cũng có các nhiệm vụ khác. Khi dạ dày chứa thức ăn, các cơ của nó co bóp sẽ khấy, trộn và phá vỡ các mãnh lớn của thức ăn. Bằng cách nầy, chúng bổ sung cho hoạt động của răng trong việc tiêu hóa cơ học.  Các tuyến trên màng lót dạ dày gồm nhiều loại: một số tiết ra chất nhày bao phủ bên trong dạ dày, một số khác tiết ra dịch vị là một hỗn hợp của HCl và các enzim tiêu hóa. Vì vậy, sự tiêu hóa thức ăn bằng các enzim là chức năng quan trọng thứ ba của dạ dày. Ngoài ra HCl còn giúp bảo vệ cơ thể bằng cách giết  chết nhiều loại vi khuẩn trong thức ăn. Ruột non Thức ăn rời khỏi dạ dầy, đi qua môn vị vào ruột non. Ðây là nơi mà hầu hết các hoạt động tiêu hóa và hấp thu xảy ra. Ðoạn đầu tiên của ruột non nối với dạ dầy được gọi là tá tràng. Theo sau là một đoạn rất dài, cuộn lại và nằm ở phần dưới của xoang bụng. Chiều dài của ruột non khác biệt tùy theo loài. Ở các động vật ăn cỏ ruột non thường dài và cuộn xoắn nhiều, ở động vật ăn thịt ruột non ngắn hơn và ở động vật ăn tạp ruột có chiều dài trung bình. Những khác biệt này có liên quan đến sự khó khăn trong việc tiêu hóa các nguyên liệu thực vật có vách tế bào bằng celluloz. Vì ruột non là nơi thức ăn được hấp thu, chúng phải có một sự thích nghi cấu trúc đặc biệt để làm tăng bề mặt hấp thu. Ngoài chiều dài, những biến đổi trên bề mặt ruột non góp phần làm tăng một lượng lớn bề mặt hấp thu của ruột: (1) Lớp màng nhầy lót ở thành ruột được sắp xếp thành nhiều nếp gấp. (2) bề mặt màng nhầy được bao phủ bởi các nhung mao (villi). (3) Bản thân các tế bào biểu mô và các nhung mao lại có các cấu trúc gọi là gờ bàn chải (brush border) chứa vô số các vi nhung mao (microvilli). Các nếp gấp, các nhung mao và các vi nhung mao làm cho tổng bề mặt của ruột non tăng lên rất lớn (Hình 6).    Ruột già: Ruột già thường được nối với ruột non tại một đoạn có hình chữ T, mằm bên phải ở phần dưới xoang bụng. Tại đây có một cơ thắt hoạt động như một van kiểm soát sự chuyển động của thức ăn. Ở một nhánh của đoạn chữ T có một túi bịt đầu gọi là manh tràng (caecum). Người có manh tràng nhỏ, hình ngón tay, gọi là ruột thừa (appendix). Manh tràng của người nhỏ và không quan trọng nhưng ở nhiều động vật, nhất là các động vật ăn cỏ, manh tràng rất lớn và có chứa nhiều vi sinh vật (vi khuẩn và nguyên sinh động vật)  có khả năng tiêu hóa celluloz. Từ manh tràng, ruột già của người đi lên trên đến vùng giữa xoang bụng sang phía bên trái rồi đi xuống. Bề mặt của ruột già nhỏ hơn ruột non vì màng lót của chúng không có các nếp gấp và các nhung mao. Một trong những chức năng chính của ruột già là tái hấp thu nước được sử dụng trong quá trình tiêu hóa. Phần lớn sự hấp thu nước xảy ra cùng với sự hấp thu các chất dinh dưỡng ở ruột non. Các nước còn lại được tái hấp thu ở ruột già. Thỉnh thoảng ruột bị kích thích và sự nhu động đẩy khối vật liệu qua nó quá nhanh không kịp để nước được tái hấp thu, gây ra tiêu chảy (diarrhea). Ngược lại nếu vật liệu di chuyển quá chậm, sẽ có quá nhiều nước được hấp thu gây ra sự táo bón (constipation).             Một chức năng thứ hai của ruột già là bài tiết các muối như Ca, Fe khi nồng độ của chúng trong máu quá cao. Muối từ máu đi vào ruột già và được thải ra ngoài theo phân. Một số lượng lớn vi khuẩn thường sống trong ruột già, sự hiện diện của chúng rất cần cho các chức năng bình thường của ruột. Ðôi khi việc điều trị bằng các chất kháng sinh sẽ giết chết các vi khuẩn này, làm rối loạn hoạt động tiêu hóa gây ra tiêu chảy. Chức năng thứ ba của ruột già là dự trử phân cho đến khi chúng được thải ra ngoài. Sự co bóp của ruột già sẽ đẩy khối vật liệu di chuyển từ từ (8 - 12 giờ) qua phần đầu của ruột già đi vào trực tràng (rectum). Tại đây phân được trử lại cho đến khi được thải ra ngoài qua hậu môn (anus). Hệ tiêu hóa ở động vật nhai lại CHƯƠNG 2 QUÁ TRÌNH TIÊU HÓA Ở ĐỘNG VẬT NHAI LẠI