Das menschliche Verdauungs- und Atmungssystem

Der Verdauungsprozess

Beginn der Verdauung: Mund und Rachen

Die Verdauung beginnt im Mund mit den ersten Prozessen: dem Kauen und der Einspeichelung.

• Das Kauen wird von den Zähnen durchgeführt:
  • Schneidezähne
  • Eckzähne
  • Molaren
  • Prämolaren
• Die muskulöse Zunge unterstützt das Kauen und die Wahrnehmung des Geschmacks durch die Geschmacksknospen.

Während der Einspeichelung wird die Nahrung zerkleinert und von Speichel benetzt. Speichel ist ein wässriges Sekret, das von den Speicheldrüsen produziert wird, oft ausgelöst durch den Verzehr, Anblick oder Geruch von Nahrung.

Der Speichel enthält:

• Muzin: Eine Komponente, die dem Speichel seine Viskosität verleiht.
• Enzyme:
  • Speichel-Amylase (Ptyalin)
  • Linguale Lipase (hydrolysiert Milchfette)

Die zerkleinerte Nahrung vermischt sich mit dem Speichel und bildet den Bolus. Dieser wird durch den Rachen in die Speiseröhre geschoben (Verschlucken).

Beim Schlucken:

• Die Nasenhöhlen werden verschlossen.
• Die Luftröhre wird durch die Epiglottis (Kehldeckel) verschlossen, um zu verhindern, dass der Bolus in die Atemwege gelangt.

Sobald der Bolus die Speiseröhre erreicht, erleichtern wellenartige Bewegungen (Peristaltik) seinen Transport. Die Speiseröhre produziert keine Verdauungsenzyme, aber Schleim, der als Gleitmittel für den Bolus dient.

Der Magen: Speicherung und erste Verdauung

Die Kardia, ein Schließmuskel, öffnet sich, damit der Bolus in den Magen gelangen kann. Nach dem Durchtritt schließt sie sich wieder und verbindet die Speiseröhre mit dem Magen.

Der Magen ist ein sackartiges Organ, das Nahrung speichert und Magensaft absondert. Magensaft besteht aus:

• Salzsäure (HCl):
  • Senkt den pH-Wert auf etwa 2.
  • Tötet Bakterien ab.
• Pepsin: Ein Enzym, das Proteine hydrolysiert (spaltet).
• Muzin: Verhindert Schäden an den Magenwänden durch die Säure und bildet eine schützende Schleimschicht.

Bei Kindern gibt es ein spezielles Protein (Labferment/Chymosin), das die Verweildauer von Milch im Magen verlängert.

Der Pylorus-Sphinkter (Pförtner) öffnet sich, um den Chymus – das Produkt der Magenverdauung – in den Zwölffingerdarm (Duodenum) zu entlassen.

Der Dünndarm: Hauptort der Verdauung und Absorption

Der Dünndarm ist ein etwa 8 Meter langes Rohr und besteht aus drei Abschnitten:

• Duodenum (Zwölffingerdarm)
• Jejunum (Leerdarm)
• Ileum (Krummdarm)

Die Innenwände des Dünndarms sind mit Mikrovilli ausgekleidet, die die Oberfläche für die Absorption erheblich vergrößern.

Im Duodenum findet der Großteil der Verdauung statt. Hier fließen Pankreassaft und Galle zu.

Die Leber und die Galle

Die Leber liegt unter dem Zwerchfell und produziert Galle. Galle ist eine gelbliche Flüssigkeit, die aus Gallensalzen, Pigmenten und Cholesterin besteht. Ihre Hauptfunktion ist die Emulgierung von Fetten, wodurch diese für die enzymatische Spaltung zugänglicher werden.

Die Bauchspeicheldrüse und der Pankreassaft

Die Bauchspeicheldrüse (Pankreas), die unter dem Magen liegt, produziert Pankreassaft. Dieser enthält Natriumbicarbonat, das den Säuregrad des Chymus neutralisiert und somit die Wirkung der Verdauungsenzyme fördert.

Enzyme im Dünndarm

Der Pankreassaft enthält wichtige Enzyme:

• Lipase: Hydrolysiert Fette.
• Amylase: Spaltet Polysaccharide (Kohlenhydrate).
• Trypsin: Verdaut Proteine.

Zusätzlich produziert die Darmschleimhaut eigenen Darmsaft, der weitere Enzyme enthält:

• Saccharase: Hydrolysiert Saccharose.
• Maltase: Hydrolysiert Maltose.
• Laktase: Hydrolysiert Laktose.

Nachdem die Enzyme auf den Speisebrei eingewirkt haben, wird dieser zum Chylus, einer weißlichen, viskosen Flüssigkeit.

Intestinale Resorption: Aufnahme der Nährstoffe

Die intestinale Resorption ist der Prozess, bei dem Nährstoffe durch die Wände des Dünndarms ins Blut gelangen. Die Absorption findet hauptsächlich in den Darmzotten (Villi) des Dünndarms statt.

Das nährstoffreiche Blut wird über Venen zur Leber transportiert.

Die Absorption erfolgt durch verschiedene Mechanismen:

• Osmose oder Diffusion (z.B. Wasser, einige Elektrolyte).
• Aktiver Transport (z.B. Glukose, Galaktose, Aminosäuren).

Fettsäuren werden in den Schleimhautzellen wieder zu Triglyceriden zusammengebaut und zusammen mit Cholesterin und Proteinen zu Chylomikronen verpackt, die dann in das Lymphsystem und später ins Blut gelangen.

Der Dickdarm: Wasserentzug und Ausscheidung

Der Dickdarm ist etwa 2 Meter lang und besteht aus drei Hauptteilen:

1. Blinddarm (Caecum): Ein kurzer, sackförmiger Abschnitt, an dem der Wurmfortsatz (Appendix) sitzt. Eine Entzündung des Wurmfortsatzes wird als Appendizitis (Blinddarmentzündung) bezeichnet.
2. Grimmdarm (Colon): Dieser hat drei Abschnitte:
   • Colon ascendens (aufsteigender Grimmdarm)
   • Colon transversum (querverlaufender Grimmdarm)
   • Colon descendens (absteigender Grimmdarm)
3. Mastdarm (Rektum): Die letzten Zentimeter des Darms, der in die äußere Öffnung, den Anus, mündet.

Nachdem die Nährstoffe im Dünndarm absorbiert wurden, gelangt der verbleibende Speisebrei in den Dickdarm. Hier werden hauptsächlich Wasser und Natrium (Na) sowie die letzten verbliebenen Nährstoffe resorbiert.

Die unverdaulichen Nahrungsbestandteile werden eingedickt und als Fäkalien über den Analkanal zum Rektum und Anus transportiert, um schließlich ausgeschieden zu werden.

Lungenventilation: Atmungsprozess

Die Lungenventilation ist der Prozess der Lufterneuerung in den Lungen durch Inspiration (Einatmung) und Exspiration (Ausatmung).

Inspiration (Einatmung)

• Das Zwerchfell kontrahiert und senkt sich.
• Die äußeren Zwischenrippenmuskeln kontrahieren, heben die Rippen an und erweitern den Brustkorb.
• Dies führt zu einer Vergrößerung des Brustkorbvolumens.
• Der Druck in den Lungen fällt unter den atmosphärischen Druck.
• Luft strömt durch die Atemwege in die Lungen.

Exspiration (Ausatmung)

• Das Zwerchfell entspannt sich und steigt nach oben.
• Die Zwischenrippenmuskeln entspannen sich, die Rippen senken sich.
• Das Volumen des Brustkorbs und der Lungen verringert sich.
• Der Druck in den Lungen steigt über den atmosphärischen Druck.
• Luft wird aus den Lungen herausgepresst.