فصل ششم: فیزیولوژی انسانی، 6.1 هضم و جذب

گح

مقدمه

مطالعه و بررسی فیزیولوژی انسانی، پایه پزشکی مدرن است. اندام­­‌های تخصص­‌یافته مسئول انجام عملکرد­های بدن هستند. ساختار دیواره روده باریک باعث حرکت، هضم و جذب غذا در آن می­‌شود. دستگاه گردش خون همواره مواد مورد نیاز را به سلول­‌ها منتقل کرده و همزمان محصولات زائد سلولی را جمع‌­آوری می­‌کند. پوست و سیستم ایمنی، دائماً از بدن در برابر حمله عوامل بیماری­زا محفاظت می‌کنند. ریه­‌ها با تبادل گازها به طور فعال تهویه می­‌شوند. نورون­‌ها با انتقال پیام­‌ها و ایجاد سیناپس­‌ها در مورد فعالیت‌های عصبی نقش دارند. از هورمون­‌ها برای توزیع گسترده سیگنال­‌ها استفاده می­‌شود.

مفاهیم

  • با توجه به حرکات منتج از انقباض ماهیچه­‌های طولی و حلقوی روده باریک، غذا با آنزیم­‌ها مخلوط می­‌شود و توده غذای در حال هضم در طول لوله گوارش حرکت می­‌کند.
  • پانکراس، آنزیم­‌ها را درون فضای داخلی روده باریک ترشح می­‌کند.
  • در روده باریک، آنزیم­‌ها اکثراً درشت­ مولکول­‌های غذا را به مونومر­ها تجزیه می­‌کنند.
  • پرزهای روده[1]، سطح تماس اپی­‌تلیوم را که عمل جذب در آن انجام می­‌شود، افزایش می­‌دهد.
  • پرز علاوه بر برداشت مونومرهای حاصل از هضم توده غذایی، یون­‌های معدنی و ویتامین‌­ها را نیز جذب می­‌کند.
  • برای جذب مواد مختلف، انواعی از راه­‌های انتقال غشایی مورد نیاز است.

کاربرد­ در علم

  • فرآیندهایی در روده کوچک انجام می­‌گیرد که منجر به تجزیه نشاسته و انتقال مواد تجزیه شده به کبد می­‌شود.
  • استفاده از کیسه دیالیز برای مدل سازی جذب مواد غذایی هضم شده در روده.

مهارت آموزی

  • تهیه نمودار تفسیری از دستگاه گوارش.
  • تشخیص ‌لایه‌های بافتی در تصاویر میکروسکوپی برش عرضی روده باریک.

ماهیت علم

  • استفاده از مدل­‌ها برای شبیه­‌سازی دنیای واقعی: از کیسه دیالیز برای مدل­‌سازی جذب در روده باریک می­‌توان کمک گرفت.

ساختار دستگاه گوارشو.ن

تهیه نمودار تفسیری از دستگاه گوارش

در یک تعریف ساده، لوله گوارش لوله­ پیوسته­‌ای است که غذا در آن از دهان به سمت مخرج حرکت می­‌کند و اجزای این سیستم وظیفه هضم غذا را برعهده دارند. وظیفه دستگاه گوارش تجزیه ترکیبات کربنی پیچیده موجود در غذا به یون­‌ها و ترکیبات کوچکتر قابل جذب است. هضم پروتئین­‌ها، لیپید­ها و پلی­‌ساکارید­ها طی مراحل مختلف در نقاط مختلفی از لوله­‌ی گوارش انجام می­‌شود. در گوارش، برای شکستن قطرات لیپید­ی به سورفاکتانت و برای انجام واکنش­‌های تجزیه لیپیدها به آنزیم نیاز است. برخی از آنزیم­‌ها توسط سلول­‌های غده‌­ای[2] پوشاننده معده و روده تولید می­‌شوند.

سورفاکتانت­‌ها و سایر آنزیم­‌ها توسط غدد جانبی[3] ترشح می­‌شوند که دارای مجاری منتهی به دستگاه گوارش هستند. جذب انتخابی و کنترل­‌شده مواد غذایی گوارش­‌یافته، در روده باریک و روده بزرگ انجام می­‌شود؛ اما برخی از ریزمولکول­‌ها به ویژه الکل، قبل از رسیدن به روده باریک در سراسر پوشش معده منتشر می­‌شوند.

شکل شماره 1، دستگاه گوارش را نشان می­‌دهد. بخشی از مری[1] که از قفسه سینه می‌گذرد از شکل حذف شده است. تفسیری از خلاصه­‌ی عملکرد هر بخش از شکل در جدول شماره 1 آمده است.

ساختار عملکرد
دهان کنترل اختیاری خوردن و بلع/ هضم مکانیکی غذا با جویدن و ترکیب غذا با بزاق. بزاق حاوی مواد روان‌کننده[2] و آنزیم­‌هایی است که هضم نشاسته را آغاز می­‌کنند.
مری غذا را با حرکات دودی از دهان به معده هل می‌­دهد.
معده جلوبردن چرخشی[3] غذا و ترکیب آن با آب و اسید که سبب کشته شدن باکتری­‌ها و سایر عوامل بیماری­‌زای موجود در غذا همچنین هضم اولیه پروتئین­‌ها می­‌شود.
روده باریک مراحل نهایی هضم لیپید­ها، کربوهیدرات­ها، پروتئین­‌ها و اسید­های نوکلئیک در این مکان انجام می­‌شود. اسید معده را خنثی می­‌کند. جذب مواد مغذی را برعهده دارد.
پانکراس ترشح لیپاز، آمیلاز و پروتئاز
کبد ترشح سورفاکتانت­ها به صفرا برای تجزیه قطرات چربی
کیسه صفرا ذخیره و رهایش کنترل­شده صفرا
روده بزرگ بازجذب آب، هضم بیشتر مواد غذایی به ویژه کربوهیدرات‌ها توسط باکتری‌های همزیست ، به علاوه تشکیل و ذخیره مدفوع

جدول شماره1

ساختار دیواره روده باریککهخ

تشخیص لایه­‌های بافتی در تصاویر میکروسکوپی برش عرضی روده باریک.

دیواره روده باریک از لایه­‌های بافتی زنده تشکیل شده است که تشخیص آن­‌ها در برش­‌های دیواره کاملاً آسان است. در دیواره روده باریک از خارج به داخل، 4 لایه بافتی وجود دارد:

  1. سروزا[1]-پوشش خارجی
  2. لایه­‌های عضلانی عضله­ طولی وماهیچه حلقوی در داخل آن
  3. لایه زیرمخاطی[2]-لایه بافتی حاوی عروق خونی و لنفی
  4. مخاط[3]-لایه پوشاننده روده باریک با اپیتلیومی که مواد مغذی موجود در لایه داخلی آن را جذب می­‌کند.

حرکت دودی

با انقباض ماهیچه­‌های طولی و حلقوی روده باریک، غذا با آنزیم­‌ها مخلوط می­‌شود و در طول لوله گوارش حرکت می­‌کند.

ماهیچه حلقوی و طولی دیواره روده از نوع ماهیچه صاف است. این نوع ماهیچه دارای سلول­‌ها و فیبرهای کوتاه است. اغلب نیرویی ملایم و پیوسته ایجاد می­‌کند که در دوره­‌های زمانی کوتاه انقباضی شدید را پخش می‌کند(و این­طور نیست که در حالت طبیعی در حال استراحت باشد و با یک تحریک منقبض شود).

امواج حاصل از انقباض ماهیچه­‌ها که در طول روده به حرکت در می­‌آید را حرکت دودی[4] می­‌نامند. انقباض ماهیچه­‌های حلقوی در مسیر حرکت غذا، از بازگشت آن با فشار به سمت دهان جلوگیری کرده و جهت حرکت غذا در روده را به سمت پایین محدود کرده و با کمک انقباض ماهیچه طولی، غذا را در طول روده حرکت می­‌دهد. انقباض ماهیچه­‌ها ناآگاهانه است و سیستم عصبی روده­ای(که گسترده و پیچیده است) به جای مغز آن را کنترل می­‌کند.

غذای بلعیده شده با یک موج دودی پیوسته و سریع از مری به معده منتقل می­شود. حرکات دودی فقط در یک جهت آن هم در جهت دورشدن از دهان ایجاد می­شوند. در اثر استفراغ که غذا از معده به دهان برمی­گردد، ماهیچه­‌های شکمی به جای ماهیچه­‌های طولی و حلقوی دیواره روده کار می­کنند.

غذا هربار در روده­ تنها حدود چند سانتی­‌متر جلو می­‌رود و پیشروی آهسته غذا در روده زمان لازم برای هضم غذا را فراهم می­‌کند. نقش اصلی حرکت دودی روده، حرکت چرخشی و روبه جلو غذای نیمه هضم­‌شده است که سبب مخلوط شدن غذا با آنزیم­‌ها و افزایش سرعت هضم می­‌شود.حه

شیره پانکراس

پانکراس، آنزیم­‌ها را درون فضای داخلی روده باریک ترشح می­‌کند.

پانکراس دارای دو نوع بافت غده­‌ای است. گروه کوچکی از سلول­‌ها هورمون­‌های انسولین و گلوکاگون را به خون ترشح می­‌کنند و سایر سلول‌ها در پاسخ به خوردن غذا، آنزیم­‌های گوارشی را به داخل روده ترشح می­‌کنند. هورمون­‌هایی که معده و سیستم عصبی روده­‌ای، ساخته و ترشح می­‌کنند سبب ترشح آنزیم‌­های گوارشی پانکراس می­‌شوند. شکل شماره 4 ساختار بافت پانکراس را نشان می­‌دهد. گروه‌های کوچکی از سلول­‌های غده در انتهای لوله­‌هایی به نام مجاری قرار می‌‌گیرند که آنزیم­‌ها در آن­‌ها ترشح می­‌شوند.

آنزیم­‌های گوارشی در ریبوزوم­‌های موجود در شبکه­‌ی آندوپلاسمی‌ زبر سلول­‌های غده پانکراس تولید می‌­شوند؛ سپس دستگاه گلژی آن­‌ها را پردازش می‌­کند و نهایتاً با اگزوسیتوز ترشح می­‌شوند. مجرا­های موجود در پانکراس به مجراهای بزرگتری می­‌پیوندند و نهایتاً یک مجرای بزرگ می­‌سازند که هرروز حدود یک لیتر شیره پانکراس به لومن[1](فضای داخلی) روده باریک ترشح می­‌کند.

شیره پانکراس حاوی آنزیم­‌های مورد نیاز برای هضم سه نوع درشت­‌ مولکول­ اصلی غذا است:

  • آمیلاز برای هضم نشاسته
  • لیپاز برای هضم تری­‌گلیسیرید­ها و فسفولیپید­ها
  • پروتئاز­ها برای هضم پپتید­ها و پروتئین‌­ها

کخل

هضم در روده باریکحخغه

در روده باریک، آنزیم­‌ها اکثر درشت­ مولکول­‌های غذا را به مونومر­ها تجزیه می­‌کنند.

با آنزیم­‌های ترشحی از پانکراس به لومن روده باریک، واکنش­‌های هیدرولیز متفاوتی انجام می­‌گیرد؛ شامل:

  • تجزیه نشاسته به مالتوز توسط آمیلاز
  • تجزیه تری­‌گلیسیرید­ها به اسید­های چرب و گلیسرول یا اسید­های چرب به مونوگلیسیرید­ها توسط لیپاز
  • تجزیه فسفولیپید­ها به اسیدهای چرب، گلیسرول و فسفات توسط فسفولیپاز
  • تجزیه پروتئین­‌ها و پلی­پپتید­ها به پپتید­های کوتاه‌­تر توسط پروتئاز

با این واکنش­‌ها هضم غذا کامل نمی­‌شود و مولکول­‌های حاصل هنوز به قدر کافی برای جذب، کوچک نشده­‌اند. دیواره روده باریک انواع دیگری از آنزیم­‌ها را نیز برای تجزیه مواد بیشتر تولید می­‌کند. برخی از آنزیم­‌های تولید­ شده در سلول­‌های غده‌­ای در دیواره روده، به شیره روده­ ترشح می­‌شوند اما بیشتر آن­‌ها درسطح غشای پلاسمایی سلول­‌های اپی­تلیالی پوشاننده روده باقی مانده و ترشح نمی­‌شوند. این آنزیم­‌ها در غشا فعال هستند و حتی هنگام کنده شدن سلول‌­های اپی­‌تلیالی و مخلوط شدن با غذای نیمه هضم شده نیز همچنان فعالیت دارند.

  • نوکلئازها، DNA و RNA را به نوکلئوتیدها تجزیه می­‌کنند.
  • مالتاز، مالتوز را به گلوکوز تجزیه می‌­کند.
  • لاکتاز، لاکتوز را به گلوکز و گالاکتوز تجزیه می­‌کند.
  • ساکاراز، ساکاروز را به گلوکز و فروکتوز تجزیه می­‌کند.
  • اگزوپپتیدازها پروتئاز­هایی هستند که پپتیدها را با حذف تک به تک آمینواسیدها از انتهای کربوکسی یا آمینی زنجیره پلی­پپتیدی تا جایی که تنها یک دی­پپتید باقی بماند؛ تجزیه می­کنند.

دی­‌پپتیدازها، دی­‌پپتید­ها را به آمینواسید­ها تجزیه می­کنند.عبور غذا از روده باریک به دلیل طول زیاد آن ساعت­‌ها طول می­‌کشد و در این زمان بسیاری از درشت­‌ مولکول­‌های غذا کاملاً هضم می­‌شوند. بعضی از مواد تا حد زیادی تجزیه­‌ نشده باقی می­‌مانند زیرا انسان­‌ها قادر به ساخت آنزیم­‌های لازم برای تجزیه آن­‌ها نیستند. به طور مثال سلولز هضم نمی­‌شود و به عنوان بخش اعظمی از فیبر غذایی وارد روده یزرگ می­‌شود.

پرزها و مساحت سطح برای جذب

پرزهای روده[1]، مساحت سطح اپی‌­تلیوم را که عمل جذب در آن انجام می­‌شود، افزایش می­‌دهد.

فرآیند ورود مواد به سلول­‌ها و خون را جذب می‌­نامند. در سیستم گوارش انسان­، جذب مواد مغذی اغلب در روده باریک انجام می­‌شود. نرخ جذب وابسته به مساحت سطح اپی‌­تلیوم درگیر در عمل جذب است. روده باریک در بزرگسالان حدوداً 7 متر طول و 25-30 میلی­‌متر قطردارد و با وجود برآمدگی­‌هایی در سطح داخلی، مساحت سطح بالایی دارد. وجود پرزها سبب افزایش این سطح شده است.

پرز به برآمدگی­‌های انگشت­‌ مانند موکوس، در سطح داخلی دیواره روده باریک گفته می­‌شود. هر پرز طولی بین 5/1-5/0 میلی­‌متر دارد و به ازای هرمیلی­‌متر مربع از دیواره روده 40 عدد پرز وجود دارد. پرزها مساحت سطح روده را تا 10 برابر افزایش می­‌دهند.

جذب در پرزهامخ

پرز علاوه بر مونومرهای حاصل از هضم، یون­‌های معدنی و ویتامین­‌ها را نیز جذب می­‌کند.

اپی­‌تلیومی که پرزها را می­پوشاند، باید سدی در برابرمواد مضر بسازد و همزمان به قدر کافی برای مواد مغذی و مفید نفوذپذیر باشد.

سلول­‌های پرز، محصولات حاصل از هضم درشت­‌ مولکول­‌های غذا را جذب می‌کنند:

  • گلوکز، فروکتوز، گالاکتوز و سایر مونوساکارید­ها
  • همه­‌ی 20 نوع آمینواسید سازنده پروتئین­‌ها
  • اسیدهای چرب، مونوگلیسیریدها و گلیسرول
  • بازهای حاصل از تجزیه نوکلئوتیدها

یون‌­های معدنی مانند کلسیم، پتاسیم و سدیم‌ همچنین مواد مورد نیاز بدن که در غذا هستند و نیازی به هضم ندارند را نیز جذب می­‌کنند. این مواد شامل:

  • ویتامین­‌ها مانند آسکوربیک اسید(ویتامین c)

برخی مواد مضر که از اپی­‌تلیوم عبور می­‌کنند متعاقباً از خون برداشته شده و توسط کبد سم­‌زدایی می­‌شوند. برخی مواد غیر­مضر و در عین حال ناخواسته مثل رنگ­‌دهنده‌­ها و طعم­‌دهنده­‌ها نیز جذب و این مواد از راه ادرار دفع می­‌شوند. تعداد کمی از باکتری­‌ها از اپی‌­تلیوم رد می‌شوند اما سلول­‌های فاگوسیت­‌کننده در کبد به سرعت آن­‌ها را از خون حذف می­‌کنند.

روش­‌های جذب

برای جذب مواد مختلف، انواعی از راه­‌های انتقال غشایی مورد نیاز است.

مواد مغذی برای جذب، باید از لومن روده باریک به مویرگ­‌های خونی یا لنفی پرز وارد شوند. مواد مغذی ابتدا باید از سطح در­دسترس غشا­ی پلاسمایی سلول­‌های اپی­‌تلیالی جذب شوند. سطح تماس این غشا با حضور ریزپرزها گسترش یافته است. سپس این مواد باید از غشای پلاسمایی خارج شده و وارد مویرگ­‌های لنفاوی[2] و مویرگ­‌های خونی پرز شوند.

فرآیند­های مختلفی در ورود و خروج مواد مغذی به سلول­های اپی­تلیوم پرز نقش دارند:

  • انتشار ساده
  • انشتار تسهیل­شده
  • انتقال فعال
  • اگزوسیتوز
  • تری­‌گلیسیرید­ها قبل از عمل جذب باید به اسید­های چرب و مونوگلیسیرید­ها تجزیه شوند. این مواد از راه انتشار ساده از میان فسفولیپید­های غشا، جذب سلول­‌های اپی‌­تلیوم پرز می‌­شوند.
  • اسید­های چرب همچنین با انتشار تسهیل­‌ شده به کمک انتقال ­دهنده­‌های اسیدچرب جذب می­‌شوند. انتقال­‌ دهنده­‌های اسیدچرب، نوعی پروتئین در غشای ریزپرزها هستند.
  • در سلول­‌های اپی­‌تلیالی، اسید­های چرب و مونوگلیسیرید­ها به هم می­‌پیوندند و تری­‌گلیسیرید­ها را می­‌سازند. تری­ گلیسیرید­های حاصل، نمی‌­توانند با انتشار به لومن روده بر­گردند.
  • تری­‌گلیسیرید­ها با کلسترول ترکیب­ شده و قطراتی به قطر 2/0 میکرومتر تشکیل می­‌دهند که درون لایه­‌هایی از فسفولیپید و پروتئین پوشیده می­‌شوند. (ذرات لیپوپروتئینی)
  • این ذرات لیپوپروتئینی از سطح داخلی غشای پلاسمایی سلول­‌های اپی­‌تلیالی پرز با اگزوسیتوز رها می­شوند؛ سپس وارد مویرگ‌های لنفی شده با لنف منتقل یا وارد مویرگ­‌های خونی پرز شده و در ادامه توسط جریان خون منتقل می­‌شوند.
  • گلوکز چون یک مولکول قطبی و آبدوست است نمی­‌تواند با انتشار ساده از غشا عبور کند.
  • پمپ­‌های سدیم-پتاسیمی با انتقال فعال، یون­‌های سدیم را از سیتوپلاسم به فضای بینابینی پرز(خارج از سلول) و یون­‌های پتاسیم را در جهت عکس پمپ می‌­کنند و غلطت یون­‌های سدیم داخل سلول­‌های اپی­‌تلیالی پرز کاهش می­‌یابد.
  • پروتئین­‌های هم­‌ انتقالی[3] سدیم-گلوکز در ریزپرزها، یون­‌های سدیم و مولکول­‌های گلوکز را به طور همزمان از لومن روده به سیتوپلاسم سلول­‌های اپی­‌تلیالی منتقل می­‌کنند. این نوع انتقال غیرفعال، انتشار تسهیل­‌ شده نام دارد و وابسته به شیب غلظتی سدیم حاصل از انتقال فعال است.
  •  کانال­‌های گلوکز سبب انتشار تسهیل­‌شده گلوکز از سیتوپلاسم به فضا­های بینابینی درون پرز و به مویرگ­‌های خونی پرز می­‌شوند.

معت

گوارش نشاسته در روده باریک

فرآیندهایی در روده کوچک انجام می­‌گیرد که منجر به تجزیه نشاسته و انتقال مواد تجزیه شده به کبد می­‌شود.

تجزیه نشاسته فرآیند­هایی مهم شامل کاتالیز، فعالیت ویژه آنزیمی و نفوذپذیری غشا را در پی دارد. نشاسته درشت­‌ مولکولی با مونومر­های آلفاگلوکز است که این مونومر­ها در اثر واکنش­‌های تراکمی در گیاهان، به هم متصل می­‌شوند. نشاسته ترکیب اصلی موادغذایی گیاهی ازجمله نان، سیب­‌زمینی و ماکارونی است. مولکول­‌های نشاسته نمی­‌توانند از غشاها عبور کنند پس قبل از جذب باید در روده باریک تجزیه شوند.

تمام واکنش‌­های دخیل در هضم نشاسته گرماده هستند اما بدون حضور کاتالیزگر با  سرعت کندتری پیش می­‌روند. دو نوع مولکول در نشاسته وجود دارد:

  • آمیلوز با زنجیره‌­های بدون انشعاب متشکل از آلفاگلوکز با پیوند­های 1و4.
  • آمیلوپکتین با زنجیره‌­های متشکل از آلفاگلوکز با پیوند­های 1و4 و برخی پیوند­های 1و6 که باعث انشعاب مولکول می­‌شود.جخ

آمیلاز آنزیمی است که هضم هر دو شکل نشاسته را آغاز می­‌کند. بزاق حاوی آمیلاز است اما بخش زیادی از هضم نشاسته در روده باریک توسط آمیلاز پانکراس انجام می‌­شود. این آنزیم می­‌تواند هر پیوند 1و4 را تا زمانی که حداقل زنجیره­ای از 4 مونومر گلوکز موجود باشد، بشکند. آمیلوز به ترکیبی از قطعات 2تایی و 3تایی از گلوکز به ترتیب به نام مالتوز و مالتوتریوز شکسته می­‌شود.

جایگاه فعال آمیلاز اختصاصی است؛ درنتیجه نمی­‌تواند پیوند­های 1و6 موجود در آمیلوپکتین را بشکند. قطعاتی از آمیلوپکتین که پیوند 1و6 دارند و آمیلاز نمی‌­تواند آن­‌ها را تجزیه کند، دکسترین نام دارند. تجزیه نشاسته با سه آنزیم گلوکز همراه با یون­‌های سدیم(هم انتقالی) جذب سلول­‌های اپی‌­تلیوم پرز می­‌شود، سپس با انتشار تسهیل­‌ شده به مایع موجود در فضاهای بینابینی درون پرز منتقل می­‌شود. با وجود شبکه‌ی متراکم مویرگی نزدیک به اپی­‌تلیوم، گلوکز مسیر کوتاهی را تا ورود به سیستم خونی طی می­‌کند. دیواره مویرگ­‌ها از یک لایه سلولی نازک تشیل شده است و بین سلول­‌ها منافذی بزرگتر از حالت طبیعی وجود دارد که ورود گلوکز را تسهیل می­‌کند.مستقر در غشای ریزپرز روی سلول­‌های اپی‌­تلیوم پرز کامل می­‌شود. آنزیم­‌های مالتاز، گلوکزیداز و دکستریناز، ترکیبات مالتوز، مالتوتریوز و دکسترین­‌ها را به گلوکز تجزیه می­‌کنند.

خون حامل گلوکز و سایر محصولات گوارشی، از مویرگ­‌های پرزها به سمت رگ­‌های کوچک لایه زیرمخاطی دیواره روده باریک جریان می­‌یابد. خون سپس از این رگ­‌های کوچک به سیاهرگ باب کبدی در کبد می­‌ریزد. گلوکز اضافی در کبد جذب سلول­‌های کبدی شده و به شکل گلیکوژن ذخیره می­‌شود. ساختار گلیکوژن شبیه آمیلوپکتین است با این تفاوت که تعداد بیشتری پیوند 1و6 و انشعابات گسترده‌­تری دارد.

مدل سازی فرآیند­های فیزیولوژیکی

استفاده از مدل­‌ها برای شبیه­‌سازی دنیای واقعی: از لوله دیالیز برای مدل­سازی جذب در روده باریک می­‌توان کمک گرفت.

در مطالعه سیستم­‌های زنده به دلیل پیچیدگی این سیستم­‌ها، عوامل مختلفی در نتایج آزمایش اثر می­‌گذارند. با توجه به اینکه نترل همزمان تمام متغیرها امکان­‌پذیرنیست، بنابراین تحلیل نتایج دشوار است. گاهی بهتر است آزمایش‌­ها را فقط در بخشی از یک سیستم انجام دهیم. به طور مثال بیشتر تحقیقات در فیزیولوژی به جای موجود زنده روی کلون­‌های سلولی و در محیط کشت انجام می­‌گیرد.

یک رویکرد دیگر استفاده از یک مدل برای شبیه­‌سازی بخشی از یک سیستم زنده است. با مدل­‌ سازی می­‌توان جنبه­‌های خاصی از یک فرآیند را توضیح داد. به عنوان مثال می‌­توان به مدل پویای معدی اشاره کرد که یک مدل کنترل­‌شده کامپیوتری از معده انسان است و هضم مکانیکی و شیمیایی نمونه­‌های غذای طبیعی را انجام می­‌دهد. از این مدل می­‌توان برای تحقیق در مورد اثرات رژیم غذایی، دارو­ها، الکل و عوامل دیگر مؤثر بر هضم استفاده کرد.

مثال ساده‌­تر استفاده از لوله­‌ی دیالیز از جنس سلولز است. منافذ موجود در لوله، امکان عبور آزادانه مولکول­‌های کوچک و یون­‌ها را فراهم می‌کند، اما به مولکول­‌های درشت اجازه عبور نمی­‌دهد. این ویژگی درواقع نوعی شبیه­‌سازی دیواره روده است که نسبت به ریزمولکول­‌ها نفوذپذیر­تر از درشت­مولکول­‌ها است. برای شبیه­‌سازی جذب با روش انتشار غیر­فعال و اسمز می­‌توان از لوله دیالیز استفاده کرد اما این وسیله نمی‌­تواند انتقال فعال و سایر روش­‌های انتقال مواد در سلول­‌های زنده را شبیه­‌سازی کند.

مدل‌سازی روده کوچککنم

استفاده از لوله دیالیز برای مدل سازی جذب مواد غذایی هضم شده در روده.

برای ساخت مدل روده کوچک، طولی از لوله دیالیز را برش دهید، و با گره‌ زدن در یک طرف لوله یا بستن با یک تکه نخ پنبه­‌ای یک سر آن را ببندید. مخلوط مناسبی از غذاها را داخل لوله بریزید و انتهای باز آن را با گره زدن با یک تکه نخ پنبه­‌ای مهر و موم کنید.

دو آزمایش با استفاده از روده­‌های مدل ساخته شده به این روش، در اینجا پیشنهاد می‌شود:

  • مطالعه مرتبط با هضم غذا با استفاده از مدل روده کوچک

دستگاهی را که در شکل شماره 11 نشان داده شده است تنظیم کنید و اجازه دهید تا به مدت یک ساعت بماند.

نتایج

برای به دست آمدن نتایج آزمایش، کیسه‌ها را از هر لوله بیرون آورده آن‌ها را باز کنید و محلول‌های آن‌ها را در لوله‌های آزمایش جداگان‌ه­ای از مایعات موجود در لوله‌ها بریزید. اکنون باید چهار نمونه مایع داشته‌باشید. هر یک از این نمونه‌ها را به دو بخش تقسیم کرده و نیمی از آن را با نشاسته و نیمی دیگر را با  قند آزمایش کنید.کن

تمام نتایج را به دقیق­ترین صورت ممکن، ثبت کنید.

نتیجه گیری و ارزیابی

همه نتیجه گیری­‌هایی بدست آمده را بیان کنید.

درباره نقاط قوت و ضعف این نوع مدل­‌سازی بحث کنید.

برای بهبود این روش چه راه‌کارهایی به ذهنتان می‌­رسد؟ یک روش کاملاً متفاوت برای بررسی نیاز به هضم پیشنهاد دهید.

  • بررسی نفوذپذیری غشا با استفاده از مدل روده کوچک

نوشیدنی­‌های کولا حاوی مخلوطی از مواد با اندازه ذرات مختلف هستند. می‌توان از آن‌ها برای نشان‌دادن غذا در روده کوچک استفاده‌کرد. لوله دیالیز نیمه تراوا است، بنابراین می‌توان از آن برای مدل‌سازی دیواره روده کوچک استفاده‌کرد.

پیش‌بینی

کولا حاوی گلوکز، اسید فسفریک و کارامل است، یک کربوهیدرات پیچیده برای تولید رنگ قهوه ای اضافه شده است.

پیش‌بینی‌کنید که کدام یک از این مواد از کیسه منتشر می‌شود، دلیل این پیش بینی را بیان کنید.

در طول آزمایش، کیسه با افزایش جرم روبرو می­‌شود یا کاهش جرم؟

دستورالعمل

  • مدل روده را با محتویات داخل کولا درست کنید.
  • قسمت بیرونی کیسه را بشویید تا هر آثاری از کولا شسته‌شود و سپس کیسه خشک شود.
  • با استفاده از ترازوی دیجیتال جرم کیسه را اندازه­‌گیری کنید.
  • هنگامی‌که آماده آغاز آزمایش هستید، کیسه را در لوله آزمایش حاوی آب خالص قراردهید.
  • در فواصل زمانی مناسب آب اطراف کیسه را آزمایش کنید. دامنه زمانی پیشنهادی 1، 2، 4، 8 و 16 دقیقه است. در هر بار بررسی، کیسه را چند بار بالا و پایین کنید تا آب درون لوله مخلوط شود، سپس این آزمایشات را انجام‌دهید:
  • با دقت به آب نگاه کنید تا ببینید آیا آب هنوز تمیز است یا قهوه‌ای شده است.
  • با استفاده از یک پیپت قطره چکانی چند قطره از آب را بردارید و آن‌ها را در یک کاشی لکه­‌گذاردارای نشانگر طیف محدود pH آزمایش کنید. برای کار با pH از نمودار رنگی استفاده کنید.
  • یک نوار تست گلوکز را در آب فروبرده و رنگی را که به آن تبدیل می‌شود ثبت‌کنید. دستورالعمل‌ها برای این نوارهای آزمایش متفاوت است. طبق دستورالعمل عمل کرده و غلظت گلوکز آب را اندازه‌گیری کنید.
  • پس از آزمایش آب برای آخرین بار، کیسه را برداشته، خشک کرده و جرم خشک آن را با ترازوی دیجیتال اندازه‌گیری‌ کنید.

نتیجه گیری

الف- نتیجه‌ای که در مورد نفوذ پذیری لوله دیالیز از آزمایشات آب و تغییر جرم کیسه به دست‌ می‌­آید را توضیح دهید.[5]

ب- لوله دیالیز و غشای پلاسمایی سلول‌های اپیتلیوم پرز که جذب را انجام می‌دهند، با یکدیگر مقایسه کنید. [5]

ج- از نتایج آزمایش خود برای پیش‌بینی جهت حرکت آب توسط اسمز در سلول‌های اپی‌تلیوم پرز استفاده‌کنید. [5]

خهج

 

 نظریه‌ی علمی

چه متغیرهایی بر دیدگاه “طبیعی[1]” تاثیرگذار هستند؟

در بعضی از انسان‌های بالغ، سطح آنزیم لاکتاز برای هضم لاکتوز شیر بسیار کم است. زمانیکه غذای حاوی لاکتوز از روده‌کوچک به روده‌بزرگ منتقل می‌شود؛ باکتری‌های ساکن در روده بزرگ از آن به عنوان منبع تغذیه استفاده کرده و در ادامه  دی‌اکسیدکربن[1]، هیدروژن[1] و متان[1] تولید می‌کنند. این گازها باعث ایجاد برخی علائم ناخوشایند شده و باعث دلسردی در مصرف شیر می‌شود. این بیماری به عنوان عدم تحمل لاکتوز[1] شناخته می‌شود. در گذشته این شرایط به عنوان یک وضعیت غیرعادی در نظر گرفته‌می‌شد، یا حتی به عنوان یک بیماری. اما امروزه می‌توان استدلال‌کرد که عدم تحمل لاکتوز یکی از ویژگی­‌های طبیعی انسان است.

اولین استدلال برای این دیدگاه یک بحث زیست شناسی است. پستانداران ماده، برای تغذیه فرزندان خود شیر تولید می‌کنند. وقتی یک پستاندار نوزاد از شیر گرفته‌می‌شود، غذاهای جامد جایگزین شیر شده و باعث کاهش نیاز به لاکتاز می‌شوند. بنابراین انسان‌هایی که در بزرگسالی به مصرف شیر ادامه می‌دهند، غیر معمولی هستند. در نتیجه کاهش تمایل به مصرف شیر به دلیل عدم تحمل لاکتوز‌ نباید غیرعادی تلقی شود.

استدلال دوم یک استدلال ریاضی ساده است: نسبت زیادی از انسان‌ها لاکتوز را تحمل نمی‌کنند.

استدلال سوم تکاملی است. اجداد ما تقریباً به طور قطع همه لاکتوز را تحمل نمی‌کردند، بنابراین این حالت ذاتی یا طبیعی است. به نظر می‌رسد تحمل لاکتوز حداقل در سه مرکز به طور جداگانه تکامل یافته‌است: اروپای شمالی، مناطقی از عربستان، صحرا و شرق سودان و مناطقی از آفریقای‌شرقی که ساکنان آن توتسی[1] و ماسایی[1] هستند. در جای دیگر، تحمل شاید ناشی از مهاجرت از این مراکز است.

 

 

[1] Vill

[2] lacteal

[3] Symporter

[1] Lumen

[1] Serosa

[2] sub-mucosa

[3] mucosa

[4] peristalsis

 

 

[1] esophagus

[2] Lubricants

[3] Churning

[1] Villi

[2] glandular cells

[3] accessory glands

اشتراک گذاری:

دیدگاهتان را بنویسید