Verdauungsmechanismen einfach erklärt

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Die Verdauung lässt sich funktionell in einen mechanischen und einen chemischen Bereich unterteilen und beschreibt alle Prozesse, welche mit der Nahrungsverarbeitung von der Aufnahme über den Mund bis zur Ausscheidung zu tun haben. Der Verdauungstrakt wird in Fachbereichen auch Gastrointestinaltrakt oder kurz GI-Trakt genannt. „Gaster“ ist der griechische Begriff für Magen und „Intestinum“ kommt aus dem Lateinischen und bedeutet Darm. Zu betonen ist, dass nicht nur die Organe entscheidend sind, die direkt den GI-Trakt bilden, sondern auch umliegende Organe wie zum Beispiel die Speicheldrüsen, die Gallenblase oder die Bauchspeicheldrüse.

Die mechanische Verdauung ist relativ einfach zu verstehen. Am naheliegendsten ist die mechanische Zerkleinerung der Nahrung durch die Zähne. Auch im Magen gibt es einen Mechanismus, der die Nahrung mechanisch zerkleinert. Am Ende des Magens, also am Übergang zum ersten Abschnitt des Dünndarms, gibt es einen Schliessmuskel. Dieser Schliessmuskel heisst Pylorus. Wenn der Pylorus kontrahiert, ist der Übergang in den Dünndarm komplett verschlossen. Nun sammelt sich Speisebrei vor dem Pylorus an; dieser leistet jedoch Widerstand und zerkleinert dadurch den Speisebrei. Es gibt darüber hinaus einen faszinierenden Mechanismus, durch welchen ein Teil des Speisebreis durch den leicht geöffneten Pylorus in Richtung Dünndarm rutscht und dann wieder zurückgezogen und somit in kleinere Bestandteile gemahlen wird. Das Verbindungsstück zwischen Mundraum und Magen ist der Ösophagus, bekannter natürlich als die Speiseröhre. Sogar die Speiseröhre trägt ihren Teil zur mechanischen Zerkleinerung bei. Der Ösophagus ist ein ungefähr 30cm langer Muskelschlauch bestehend aus einer inneren Ringmuskelschicht und einer äusseren Längsmuskelschicht. Das ermöglicht einen stufenweisen Abstieg der Nahrung im Ösophagus. Der Mechanismus funktioniert so, dass die Muskulatur oberhalb der Nahrung kontrahiert und die Muskulatur unterhalb der Nahrung relaxiert. Die Relaxation der Muskulatur unterhalb der Nahrung erfolgt jedoch leicht verspätet wodurch eine kurze Kompression der Nahrung geschieht, welche ebenfalls der mechanischen Zerkleinerung dient. Das geschieht zeitlich jedoch sehr schnell, die Verweildauer der Nahrung im Ösophagus liegt im Sekundenbereich!

Der chemische Anteil der Verdauung funktioniert über Sekrete, die in den GI-Trakt gelangen, und  über Enzyme, welche die drei Makromoleküle Kohlenhydrate, Proteine und Fette spalten. Nur aus diesen drei Nahrungsbestandteilen kann der Mensch Energie gewinnen. Ein Enzym ist ein biochemischer Katalysator, der eine Reaktion um ein Vielfaches beschleunigt. Ein Enzym, das etwas spaltet trägt immer die Endung „-ase“. Es gibt für die Verdauung von Makromolekülen also drei Klassen von Enzymen: Proteasen, um Proteine zu spalten, Lipasen, um Lipide, also Fette, zu spalten, und verschiedene Enzyme, um Kohlenhydrate zu spalten. Die erste Protease, die dem Speisebrei hinzugefügt wird, ist das Pepsin. Dies geschieht in der sauren Umgebung des Magens. Pepsin spaltet die Proteine des Speisebreis noch relativ unspezifisch und grob. Wichtig für alle Proteasen ist, dass sie als inaktive Vorstufen abgegeben werden, um vor Selbstverdauung zu schützen. Das Pepsin beispielsweise wird von den Magendrüsen abgegeben. Wenn das Pepsin jedoch schon dort aktiv wäre, würde es Proteine der umliegenden Zellen der Magendrüsen spalten, was natürlich schädlich wäre und daher zu vermeiden ist. Die weiteren Proteasen gelangen aus der Bauchspeicheldrüse in den ersten Abschnitt des Dünndarms, in den sogenannten Zwölffingerdarm.

Das wichtigste Enzym, die Amylase, spaltet Amylose. Amylose ist der unverzweigte Bestandteil der Stärke und besteht aus Glucoseketten. Stärke ist für den Menschen eines der wichtigsten Kohlenhydrate und kommt vor allem in pflanzlichen Produkten vor. Weitere Enzyme, die Kohlenhydrate spalten, sind zum Beispiel Laktase für die Laktose oder die Maltase. Die Maltase setzt die Arbeit der Amylase fort. Das Produkt der Amylase ist die Maltose. Die Maltose ist ein Disaccharid also ein Zweifachzucker. Der Zweifachzucker besteht aus zwei Glucoseeinheiten, da die Amylose nur aus Glucose besteht. Das Produkt der Maltase sind dann die einzelnen Glucosemoleküle, welche von den Darmzotten absorbiert werden können. Die Absorption beschreibt den Aufnahmeprozess aus dem Lumen des GI-Trakts in die Zellen über spezifische Transporter. Die Glucose kann dann ins Blut abgegeben werden und von dort aus zu Zielgeweben transportiert werden.

Nun sind die Enzyme abgehandelt, essentiell sind jedoch auch die bereits kurz erwähnten Sekrete. Das erste wichtige Sekret bei der Verdauung ist der Speichel. Der Speichel besteht bereits zu einem kleinen Teil aus Amylase, vor allem jedoch dient der Speichel dazu, die aufgenommene Nahrung besser schlucken zu können, da die Nahrung dadurch homogener wird. Das nächste wichtige Sekret ist das Magensekret. Der Magen ist sehr sauer und die von den Magendrüsen sekretierte Säure dient dazu, Proteine, die in den Magen gelangen, zu denaturieren. Die Denaturierung ist ein Prozess, in dem Proteine ihre Funktion verlieren, da sie entfaltet werden. Diese Entfaltung verbessert die Aktivität des Pepins, da es so eine grössere Angriffsoberfläche antrifft. Auch das Pankreas (die Bauchspeicheldrüse) gibt wichtige Sekrete ab. Diese gelangen in den Zwölffingerdarm und dienen dazu, den sauren Magenbrei zu neutralisieren. Zudem enthält das Pankreassekret sehr viele der oben erwähnten Verdauungsenzyme. Das Pankreas liegt anatomisch hinter dem Magen und hat einen Zugang zum Zwölffingerdarm, über den das Sekret abgegeben wird.

Wichtig zu verstehen ist, dass die mechanische Verdauung vor allem im oberen Bereich des GI-Traktes von Mund bis Magen stattfindet und die chemische Verdauung erst ab dem Magen wirklich beginnt (die Amylase des Speichels trägt nur einen sehr kleinen Anteil bei). Bei der chemischen Verdauung ist wichtig, dass die Spezifität der Verdauungsenzyme vom Magen weg zunimmt. Das liegt daran, dass die Nährstoffe im Dünndarm absorbiert werden und daher im Dünndarm final in die kleinsten Bausteine gespalten werden.

Jil Toman

Student Humanmedizin
Medizinischer Content-Provider (MED4LIFE)

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