2014年1月16日 星期四

胃的功能是儲存、物理性斷裂與消化食物 The Stomach Functions in Storage、Mechanical Breakup and Digestion

探索生命《生物學》150
Anja Harteros - Vissi d'arte - Tosca
1.     食道是很長的通道,食道穿越喉嚨和胸部,連接上腹部的胃。經由食道肌肉波狀收縮程序,食物迅速通過食道,這個程序稱為蠕動peristalsis。
2.     食道壁的環狀肌肉,在食團通過後便收縮,將食物往前推擠,整個過程像把球放進橡膠管後,用手捏住球後方的橡膠管,推擠球往前移動。
3.     食道與胃的連接處的特殊環狀肌肉,是括約肌sphincter。括約肌收縮會關閉胃的開口,括約肌通常是關閉的,以防止胃的消化過程,食物從胃逆流到食道。
4.     當食道推擠食物的肌肉收縮抵達胃,括約肌會打開,讓食物進入胃。有些個體的括約肌軟弱無力,讓胃裡的酸性食物逆流到食道,造成灼熱感,稱為胃灼熱heartburn。
5.     胃在上腹部稍微偏左之處,就在最下排的肋骨下方。胃是很大的肌肉囊袋,功能是儲存食物的器官。胃儲存食物,讓各體不需要持續進食。
6.     胃還有儲存以外的其他功能,當胃裡裝入食物,胃的厚肌肉壁強力地波狀收縮,攪拌、混合、碎裂大塊食物。
7.     胃的腺體分為許多種,有的分泌黏液,覆蓋胃的內面;另外一些腺體分泌胃液,胃液混合胃酸與消化酵素。人類的胃的第三功能是用酵素消化食物,胃液裡的鹽酸具有保護功能,能殺掉食物中的細菌。

"Vissi d'arte," Angela Gheorghiu, 2009
大部分的消化吸收在小腸進行 Most Digestion and Absorption Take Place in the Small Intestine
8.     大部分食物的消化與吸收在小腸進行。在小腸這裡,碳水化合物、脂質、蛋白質被酵素分解成單醣、脂肪酸、胺基酸,小腸的血管吸收這些養分以後,將它們輸往身體各部分。
9.     離開胃的食物是糊狀混合物,pH值非常低。食物通過胃的幽門括約肌pyloric sphincter進入第一段小腸,稱為十二指腸duodenum。
10. 肝與胰臟分泌的物質進入十二指腸,十二指腸之後是長而捲曲的小腸(長度約6公尺),位置在胃的下方,佔據大部分的腹腔空間。
11. 小腸的長度顯示,不同種類動物間的差異。草食動物的小腸通常非常長,也比較捲曲。肉食動物的小腸比較短,雜食動物(例如人類)的小腸則介於草食動物與肉食動物之間。
12. 不同種類動物的小腸彼此的差異,如同牠們牙齒的差異,反映出植物這種食物有難以消化的纖維素細胞壁的問題。
13. 即使成功地碎裂纖維質,纖維質仍舊與細胞內容物混在一起,阻礙消化酵素對細胞內容物的作用,所以,草食性動物演化出非常長的小腸,以吸收最大量的養分。
14. 因為小腸是吸收消化物養分的地方,我們合理預期,小腸一定會增加它的吸收表面積,以符合需求。顯然,小腸非常長的長度也對吸收有幫助。
15. 仔細檢驗脊椎動物的小腸內襯表面積,比同樣長度和寬度、但是壁面平滑的管道,更大。這顯示出小腸內襯經過特別演化修飾。
16. 首先,小腸內襯的表皮組織有無數的皺褶。第二、小腸內襯表皮組織的表面有許多指狀凸起,稱為絨毛villi。第三、縐折與絨毛表面的表皮細胞,有無數毛刷狀的凸起環繞,稱為細絨毛microvilli。小腸的內襯包括皺褶、絨毛和細絨毛,這些全部加起來的表面積非常大。
17. 細絨毛除了能提高小腸內襯的表面積外,細絨毛細胞的細胞膜裡,含有重要的消化酵素;這些酵素埋藏在表皮細胞膜的血漿中,酵素的活化位置朝向小腸內側或者朝向細絨毛的開口。
18. 大約每5天,小腸內襯的表皮細胞就重新更換1次;因為小腸內襯的表皮細胞分裂得非常快,小腸內襯特別容易因為放射性和抗癌藥物受損,因此,接受放射性治療和化療的病人,經常因為小腸內襯受損而產生嘔吐和拉肚子的症狀。
Maria Callas: Vissi d'arte 

n   翻譯編寫 Carol H. McFadden and William T. Keeton 《Biology》;圖片來源/pharmaworld、healthfavo.com、web.mit.edu、med.umich.edu、quatrebonbon

2014年1月14日 星期二

脊椎動物的消化道分化成各種不同的區段 The Vertebrate Digestive Tract Is Highly Compartmentalized

探索生命《生物學》149
Placido Domingo sings: Recondita armonia
1.     脊椎動物的消化道可分為好幾個區塊,每個區塊有其特殊的處理食物的物理化學程序。人類因為是雜食動物,所以消化系統演化成能處理種類繁多的食物的構造。
2.     人類的消化道有9公尺長,整個消化道壁面由4層組織構成:1.最內側是黏膜內襯inner mucous lining;2.次黏膜層submucous,次黏膜層外包含有血管的結締組織;3.肌肉層;4.漿膜serosa,這是一個薄層結締組織。

3.     雖然整個消化道都是由上述四層組織構成,但不同的消化器官演化出來的結構不同。舉例來說,胃的黏膜內襯排列成皺褶,以擴張攪拌食物,並且胃的肌肉比消化道其他區域的肌肉更厚。

物理性地斷裂與消化食物從口腔開始Mechanical Breakup and Digestion Begin in the Oral Cavity
4.     消化道的第一個腔室是嘴巴,或稱口腔oral cavity,口腔有牙齒可咀嚼咬碎食物。人類的牙齒分為好幾種,每一種負責不同的功能;不同種類的脊椎動物,其牙齒在數量、結構、排列和功能上皆不同。
5.     舉例來說,蛇的牙齒薄而銳利,並且向後彎勾,這種牙齒的功能是咬住獵物,而不是磨碎獵物,蛇不咀嚼食物,牠將食物整個吞下去。
6.     肉食性哺乳動物(例如狗或豬)比人類的牙齒尖;就牙齒的種類來說,犬齒長而尖,前臼齒與臼齒相比,前臼齒缺少扁平的磨面,比較適合咬斷和撕裂食物。
7.     另一方面,草食性動物,例如牛、馬、鹿,則有大面積扁平的前臼齒和臼齒,並且臼齒表面有複雜的溝谷和尖峰,可以磨碎食物。草食動物通常沒有犬齒。
8.     比較無法咀嚼食物的尖銳牙齒,似乎是肉食動物(例如蛇、狗或豬)的特色,而扁平構造的牙齒,則是草食動物的特徵,怎麼解釋這種差異呢?
Roberto ALAGNA - Recondita armonia - Tosca - Puccini
9.     植物細胞,包裹在纖維素構成的細胞壁內,只有少數的動物能消化纖維素,大部分的動物必須打碎植物細胞壁,釋出裡面的細胞內容物,才能夠消化吸收。
10. 肉類動物細胞沒有像「植物細胞壁」這種無法消化的保護層,消化酵素可直接作用在動物細胞上,因此,咀嚼磨碎食物對肉食動物的重要性,不如草食動物。
11. 所以,狗或貓狼吞虎嚥食物,牛和馬則花很多時間咀嚼食物。不過,這並不代表肉食動物生存很容易,肉食動物必須追捕獵殺獵物,因此,牠們需要銳利的牙齒次鑽、切斷、撕裂捕到的獵物。
12. 人類的雜食動物,牙齒的功能與結構,介於肉食動物與草食動物之間。
13. 除了牙齒的功能外,口腔還有其他功能,動物用口腔聞嗅和品嚐食物,藉此選擇食物,將食物與唾液混合攪拌。唾液能溶解一部份的食物,扮演潤滑劑的角色,讓食物順利通過下一段消化道(咽喉與食道)。
14. 人類唾液含有消化澱粉的酵素,稱為澱粉酵素amylas,澱粉酵素能啟動水解程序。
15. 在咀嚼的時候,舌頭控制植物,將食物調整成一塊可以吞嚥的食團,稱為bolus,接著食團往下推往咽pharynx和食道esophagus,咽是呼吸道的一部份,空氣和食物都通過咽。
16. 事實上,吞嚥涉及一系列複雜的反射動作。吞嚥時,鼻腔通道與氣管的開口必須關閉,強迫食物進入食道,如果這一系列的反射動作運作不順暢,食物跑錯地方就會嗆到。

n   翻譯編寫 Carol H. McFadden and William T. Keeton 《Biology》;圖片來源/Mhhe.com

2014年1月12日 星期日

完整的消化道是重要的演化革新(二) A complete Digestive Tract Is an Important Evolutionary InnovationⅡ

探索生命《生物學》148
La Boheme - Quando me'n vo
1.     我們已經知道胞外消化,是有機體為了攝取較大塊的食物,演化出來的特徵。蚯蚓的砂囊,顯然也是為了適應較大塊食物,而作的適應性演化。動物身上常見為了碎裂大塊食物,而適應演化出許多種器官構造。
2.     以人類為例,我們用牙齒撕裂咀嚼食物,這樣食物比較小塊,接觸消化酵素的表面積較大。
3.     特別留意,咀嚼的部位不一定是消化道的最前端,就蚯蚓來說,咀嚼磨碎食物的「砂囊」位於「嗉囊」之後;
4.     蚯蚓的「嗉囊」的功能就像胃,是儲存食物的器官,而磨碎食物的器官「砂囊」,是位於「嗉囊」之後,而非之前。
5.     某些脊椎動物消化器官的排法也是如此。舉例來說,鳥類的「砂囊」在「胃」之後,「砂囊」裡裝有磨碎食物的卵石。
6.     人們曾經認為,恐龍跟鳥類一樣,消化道裡有一些可磨碎食物的砂粒,例如草食性恐龍吃蕨類和針葉樹,消化道裡應該有砂粒協助磨碎食物才對,不過事實上,恐龍並非像鳥類在「嗉囊」裡裝砂粒,恐龍吃石頭,稱為骨石,這些石頭用來壓碎食物。
7.     恐龍有2個磨碎食物的消化腔,1個在食道的底部,另1個在胃與腸道之間。解剖顯示恐龍與鳥類之間是有關聯的。這並不令人意外,許多科學家認為,鳥類是存活下來的恐龍的後代。
8.     蚯蚓的「嗉囊」的功能是儲存食物,「嗉囊」使動物可在短時間內先攝取大量的食物,然後再過一段時間後才消化吸收,不需要持續進食,這讓動物有時間做其他活動,例如尋找伴侶、交配、下蛋,某些動物還會照顧幼小。
9.     人類的胃功能是儲存食物,人類的胃等同於蚯蚓的「嗉囊」。胃讓人類可以只吃三餐或四餐,剩下很多時間去做其他的事。人類手術摘除胃之後仍能存活,但他沒有辦法在同一時間內吃太多,所以必須經常吃。
10. 毫無意外,大部分高等動物演化出不需要持續進食的消化系統,因此,高等動物有時間進行其他活動。
11. 我們特別探討咀嚼食物的機制,並不意味著所有的動物(除了最小的動物以外),都攝取大塊食物,需要咀嚼大塊食物、磨碎大塊食物機制。
12. 某些動物,例如吸血和吸汁液的昆蟲是攝取液態飲食的,其他還有一些動物是濾食性動物filter feeders,從水中過濾有機物質顆粒;
13. 某些現存的大型脊椎動物是濾食性的,例如某些種類的鯨魚,牠們大量地將海水吞入口中,過濾出小型植物與動物進食。
14. 蚌蛤與其他種類的軟體動物都是濾食性動物,牠們利用鰓的許多小孔過濾食物;當水流通過鰓,水中的細小食物顆粒被黏液攔截,再經由纖毛運動將食物推往嘴巴。

n   翻譯編寫 Carol H. McFadden and William T. Keeton 《Biology》;圖片來源/Wiki.hicksvilleschools.org