§ 28. Органи травлення тварин
Будь-який вид їжі, яким живляться тварини, складається з молекул складних органічних сполук. Для розкладання їх на простіші, які може засвоїти організм, потрібні спеціальні біологічно активні речовини білкової природи – ферменти. їх виробляють спеціалізовані травні залози. Травлення забезпечує організм тварини потрібного енергією та будівельним матеріалом.
Процеси розкладання сполук їжі на їхні складові називають травленням.
Функції перетравлення їжі та постачання організму поживних речовин виконує травна система. Здебільшого вона складається з кишківника – своєрідної трубки, до складу якої входять спеціалізовані клітини: одні з них виділяють травні ферменти, інші вбирають перетравлені поживні речовини. Кишківник починається вхідним отвором – ротом – через який їжа надходить до травної системи. Кишківник може утворювати розширення – шлунок, який здійснює частину процесу травлення. Кишківник часто закінчується анальним отвором: через нього виводяться з організму неперетравлені рештки їжі.
• У кишковопорожнинних (гідра, медузи, поліпи) є два варіанти перетравлення їжі: порожнинне відбувається в кишковій порожнині під дією ферментів, які виділяють залозисті клітини, та внутрішньоклітинне – у травних вакуолях травних клітин.
• У плоских червів кишківник замкнений: задній його відділ та анальний отвір відсутні. У ціп’яків травна система в процесі історичного розвитку зовсім зникла. Поживні речовини ці паразити кишківника людини і тварин вбирають через покриви тіла. У кільчастих червів кишківник наскрізний: він закінчується анальним отвором (мал. 158).
Мал. 158. Будова травної системи дощового черв’яка: 1 – ротова порожнина; 2 – глотка; 3 – стравохід; 4 – воло; 5 – шлунок; 6 – кишківник; 7 – анальний отвір
• У членистоногих спеціалізовані кінцівки – щелепи – формують ротовий апарат. За його допомогою тварини захоплюють їжу, можуть її подрібнювати та підносити до ротового отвору. У річкового рака ротовий отвір оточують шість пар кінцівок: пара верхніх, дві пари нижніх щелеп та три пари ногощелеп (мал. 159). Ротовий отвір у нього веде в короткий стравохід, який переходить в об’ємний шлунок. Він складається з двох відділів: у передньому їжа подрібнюється; у задньому тверді часточки відціджуються від рідкої частини. За ним починається коротенька середня кишка, яка переходить у довгу задню. Вона відкривається назовні анальним отвором. У річкового рака є спеціалізована травна залоза – печінка.
Мал. 159. Будова травної системи членистоногих (на прикладі рака річкового): 1 – ротовий отвір; 2 – стравохід; 3 – шлунок; 4 – кишківник; 5 – анальний отвір; 6 – печінка
Павук-хрестовик може живитися лише рідкою їжею. За допомогою хеліцер він уводить у тіло здобичі отруту та травні ферменти. Тип травлення, який починається поза тілом тварини, називають позакишковим. Через певний час павук висмоктує вміст напівперетравленої здобичі.
• Молюски, як і кільчасті черви та членистоногі, мають наскрізний кишківник. У ротовій порожнині черевоногого молюска виноградного слимака є пластинка з органічної речовини – щелепа, а в глотці – тертка: мускульний язик, вкритий зубчиками. За їхньою допомогою тварина зішкрібає їжу з різних поверхонь. Через ротовий отвір їжа надходить у глотку, а звідти – до стравоходу, що утворює розширення (воло). У цей час на їжу діють травні ферменти, які виробляють слинні залози. У шлунок відкриваються протоки печінки. Задній відділ кишківника відкривається назовні анальним отвором.
• У хребетних тварин наскрізний кишківник відкривається назовні анальним отвором (більшість кісткових риб і ссавців) або в клоаку (хрящові риби, амфібії, рептилії, птахи, першозвірі). Щелепи слугують для вловлення, утримання, а часто – і подрібнення їжі. У більшості хребетних тварин є спеціалізовані травні залози – печінка, підшлункова залоза, а в наземних – ще й слинні залози. У печінці утворюється жовч, яка сприяє перетравленню жирів, та деякі травні ферменти. У клітинах печінки запасається глікоген, який за потреби здатний розщеплюватись до глюкози. Цю сполуку тварини використовують як енергетичну. Підшлункова залоза виробляє травні ферменти, у ній також утворюються біологічно активні речовини – гормони, які регулюють процеси обміну вуглеводів. У шлунку починаються процеси перетравлення поживних речовин. Після шлунка процеси перетравлення поживних речовин тривають у тонкому кишківнику. Неперетравлені залишки їжі потрапляють у товстий кишківник, а з нього через пряму кишку та анальний отвір (або клоаку) назовні.
• Травна система риб і амфібій (мал. 160. А) починається ротовим отвором, обмеженим щелепами. Він веде до ротоглоткової порожнини. На її дні є м’язовий виріст – язик, який бере участь у процесі ковтання. З ротоглоткової порожнини їжа надходить у стравохід, який відкривається в шлунок. За шлунком міститься тонкий кишківник, у який відкриваються протоки печінки та підшлункової залози.
У більшості видів риб на щелепах та інших кістках черепа розташовані зуби, які допомагають схоплювати й утримувати здобич, а глоткові зуби коропоподібних – ще й подрібнювати їжу. Задня частина ротоглоткової порожнини пронизана зябровими щілинами.
В амфібій у ротоглоткову порожнину відкриваються протоки слинних залоз. Слина слугує лише для зволоження їжі, що полегшує її ковтання. Язик у жаб і ропух укритий клейкою речовиною та прикріплений до дна ротоглотки переднім кінцем, тоді як задня його частина вільна. Жаба під час полювання, помітивши здобич (здебільшого це комахи), викидає з ротової порожнини вперед язик, до якого і приклеюється здобич (мал. 160. Б).
Мал. 160. А. Будова травної системи амфібій (жаби): 1 – ротоглоткова порожнина; 2 – стравохід; 3 – шлунок; 4 – кишківник (тонкий і товстий); 5 – клоака. Б. За допомогою довгого язика жаба вловлює здобич
• Травна система рептилій дещо складніша порівняно з амфібіями. Слина, яку виробляють слинні залози, містить травні ферменти. Кишківник відкривається у клоаку. У них є невеличка сліпа кишка – передній відділ товстого кишківника, де їжа перетравлюється за допомогою симбіотичних мікроорганізмів.
Мал. 161. Будова травної системи птахів: 1 – рот; 2 – стравохід; 3 – воло; 4 – залозистий відділ шлунка; 5 – м’язовий відділ шлунка; 6 – кишківник; 7 – клоака
• У птахів травна система починається дзьобом – видовженими щелепами, вкритими роговими чохлами, – який захоплює і подрібнює їжу. Через глотку їжа потрапляє до стравоходу і на певний час затримується в його розширенні – волі (мал. 161). Там під дією травних соків слини їжа частково перетравлюється.
Із стравоходу їжа надходить у шлунок, який складається з двох відділів. Передній відділ шлунка – залозистий. У ньому виділяється травний сік, під дією якого триває перетравлення їжі. У м’язовому відділі шлунка їжа перетирається до кашкоподібного стану. Він має потовщені м’язові стінки, а всередині вистелений щільною рогоподібною оболонкою. Деякі види птахів для кращого перетирання їжі ще додатково заковтують камінці. Мускульний відділ шлунка певною мірою компенсує птахам відсутність зубів на щелепах.
Зі шлунка рідка кашкоподібна їжа надходить у тонкий кишківник. Туди само відкриваються протоки печінки та підшлункової залози. Кишківник у птахів укорочений, що запобігає затриманню їжі в тілі. Це одне з пристосувань птахів до польоту – зменшення маси їхнього тіла. Кишківник відкривається у клоаку.
• У ссавців (мал. 162. А) також добре розвинені травні залози; слинні, печінка та підшлункова. Ссавцям притаманні передротова порожнина та м’ясисті губи, за допомогою яких схоплюється їжа. У ротовій порожнині їжа подрібнюється за допомогою зубів, а також починається її перетравлення під дією травних соків, що їх виробляють слинні залози (пригадайте, які види зубів є у ссавців).
Мал. 162. А. Будова травної системи ссавців: 1 – передротова порожнина; 2 – ротова порожнина; 3 – глотка; 4 – стравохід; 5 – шлунок; 6 – печінка; 7 – підшлункова залоза; 8 – кишківник (тонкий і товстий); 9 – анальний отвір. Б. Будова зубів ссавців: 1 – коронка; 2 – щелепа; 3 – корені
Мал. 163. Будова шлунка жуйної тварини: 1 – стравохід; 2 – сітка; 3 – рубець; 4 – книжка; 5 – сичуг; 6 – тонка кишка
Зуби ссавців складаються з коронки та кореня (мал. 162. Б). Коронка виступає над поверхнею щелеп, тоді як корені розміщуються в комірках щелеп. За допомогою коренів зуби ссавців прикріплюються до щелеп. Зовні коронки вкрито міцною емаллю, яка захищає їх від зношування.
Цікаво знати
У ссавців, які споживають рослинну їжу, що погано перетравлюється, шлунок може мати складну будову. Наприклад, у жуйних (олені, лосі, жирафи, вівці, велика рогата худоба та ін.) шлунок складається із чотирьох відділів: рубця, сітки, книжки та сичуга (мал. 163). У рубці мешкають мікроорганізми, які допомагають перетравлювати клітковину. З рубця їжа надходить до сітки, звідти вона відригується знову до ротової порожнини. Тут частково перетравлена їжа перетирається зубами й зволожується слиною. З ротової порожнини їжа надходить до книжки (її стінки мають згортки, що нагадують аркуші книжки), а з неї – до сичуга. Там виділяється шлунковий сік.
Біологічний словничок: ферменти, замкнений і наскрізний кишківник, печінка, позакишкове травлення.
ПЕРЕВІРТЕ ЗДОБУТІ ЗНАННЯ
1. Яке біологічне значення має перетравлення їжі тваринами? 2. Що таке позакишкове травлення? Яким тваринам воно притаманне? 3. Яке значення появи щелеп в еволюції хребетних тварин? 4. Яка роль печінки та підшлункової залози у процесах перетравлення їжі? 5. З яких відділів складається кишківник хребетних тварин? 6. Яка будова зуба у ссавців?
Обговоріть у групах
Які риси ускладнення спостерігають у травній системі різних груп безхребетних (І група) та хребетних (II група) тварин?
Для допитливих і кмітливих
Чим можна пояснити, що в хижих ссавців шлунок однокамерний, тоді як у тих, які живляться рослинною їжею, він часто може складатися з кількох різних за функціями відділів?
Творче завдання
Порівняйте особливості будови травної системи різних груп хордових тварин за ознаками: чим переважно живляться, який спосіб живлення, які є органи травлення. Відповідь оформте у вигляді таблиці.
§ 17. Процеси травлення у кишківнику. Виведення з організму неперетравлених решток їжі
Кишківник – наступний за шлунком відділ травного каналу. Він складається з двох відділів – тонкого і товстого кишківника.
Яка будова і які функції тонкого кишківника? Частково перетравлена в шлунку їжа, яку називають хімусом, завдяки скороченню його м’язів через сфінктер надходить порціями до наступного відділу травного каналу – тонкого кишківника. Саме в ньому поживні речовини їжі розщеплюються остаточно і всмоктуються в кров і лімфу. У дорослої людини довжина тонкого кишківника становить 5-6 м. Його поділяють на три послідовних відділи: дванадцятипалу, порожню та клубову кишки (мал. 69).
Дванадцятипалу кишку названо так тому, що її довжина дорівнює приблизно товщині 12 складених разом пальців (25-30 см). До неї відкриваються протока підшлункової залози та загальна жовчна протока (мал. 70). І хоча харчові маси затримуються в цій кишці недовго, саме тут на них діє найбільше травних ферментів. Їхня кількість залежить від складу їжі.
Мал. 69. Будова тонкого кишківника: 1 – дванадцятипала кишка; 2 – порожня кишка; 3 – клубова кишка
Мал. 70. Зв’язок травних залоз із дванадцятипалою кишкою
Підшлункова залоза завдовжки 12-15 см розміщена під шлунком. Вона виробляє травний сік, який через вивідну протоку потрапляє в дванадцятипалу кишку. Травний сік підшлункової залози має лужну реакцію, виділяється тільки під час травлення. До його складу входять ферменти, які сприяють розщепленню всіх поживних речовин: трипсин та хімотрипсин впливають на розщеплення білків до їхніх складових – амінокислот, ліпаза – жирів до гліцеролу та жирних кислот, амілаза розщеплює крохмаль до глюкози.
Печінка – це найбільша залоза в організмі людини (її маса – 1,5—2 кг), розташована переважно у правому підребер’ї, під діафрагмою. На нижній поверхні печінки є порожнистий орган – жовчний міхур, який загальною жовчною протокою сполучений з дванадцятипалою кишкою (мал. 70). Печінка виконує такі головні функції: секреторну, захисну, обмінну, синтетичну, детоксикаційну.
Секреторна функція печінки полягає в утворенні жовчі. Жовч – це зеленкувато-жовта, гіркувата на смак в’язка рідина, що містить особливі жовчні кислоти та пігменти, ліпіди, мінеральні солі тощо. Під дією жовчі жири розпадаються на мікроскопічні краплинки. У такому вигляді вони краще розщеплюються ферментами. Крім того, під дією жовчі припиняється активність ферменту шлункового соку – пепсину. Натомість жовч активує дію деяких ферментів підшлункової залози (наприклад, трипсину), а також посилює рухову активність кишок. Завдяки своїм бактерицидним властивостям жовч гальмує гнильні процеси в кишківнику. За відсутності травлення жовч збирається в жовчному міхурі, а під час вживання їжі жовчною протокою з міхура надходить до дванадцятипалої кишки. За добу в людини виділяється 500-700 мл жовчі.
Печінка відіграє важливу захисну (бар’єрну) функцію. Кров, що відтікає від кишківника і шлунка по кровоносних судинах, надходить до печінки через ворітну вену. Після проходження через печінку в цій крові залишаються переважно речовини, потрібні організму. Шкідливі речовини і мікроорганізми знезаражуються і разом із жовчю через кишківник виводяться назовні (видільна функція).
Печінка бере участь в обміні вуглеводів, білків, жирів і вітамінів, а у зародків – у процесах кровотворення. У печінці утворюються речовини, які беруть участь у зсіданні крові, і такі, що запобігають її зсіданню. У печінці запасаються такі вітаміни: А, В1, D, Е, К, а також активуються вітаміни В2 і В6.
У печінці може накопичуватися досить значний об’єм крові, який у разі потреби (наприклад, унаслідок крововтрат) може надходити у загальний кровотік.
Глюкоза, що всмоктується з кишківника в кров, перетворюється в печінці на глікоген. За потреби глікоген може розщеплюватись до глюкози, яка надходить у кров і транспортується до тканин і органів. Так забезпечуються енергетичні потреби. (Поясніть, чому фізіологи називають печінку «хімічною лабораторією», «продуктовим складом» і «диспетчером організму».)
Як відбуваються процеси травлення в тонкому кишківнику? Травлення в тонкому кишківнику здійснюється внаслідок дії соків кишківника і підшлункової залози, а також жовчі. Як ви пам’ятаєте, у шлунку середовище має кислу реакцію, а в тонкому кишківнику – лужну. Тому в дванадцятипалій кишці нейтралізується кисле середовище харчової маси, яка надійшла зі шлунка, та стають активними травні ферменти шлункового соку.
Стінки тонких кишок складаються з таких самих шарів, що й шлунка (пригадайте їх). У слизовій оболонці є численні секреторні клітини, які виділяють на добу близько 2 л кишкового соку. Це в’язка рідина зі слабколужною реакцією, у якій містяться ферменти (понад 20). Вони беруть участь у процесі перетравлення білкових молекул та їхніх часток, жирів і вуглеводів. Крім того, деякі секреторні клітини продукують слиз, який зменшує тертя харчових мас по стінках кишківника та захищає самі стінки від дії травних ферментів та механічних подразнень.
Утворені в процесі травлення в тонкому кишківнику речовини всмоктуються в кров і лімфу. Всмоктувальна поверхня клубової та порожньої кишок дуже велика завдяки наявності ворсинок. Таким чином, у кишківнику здійснюється пристінкове (мембранне) травлення.
У чому полягає пристінкове (мембранне) травлення? Пристінкове (мембранне) травлення відкрив 1958 р. фізіолог українського походження О.М. Уголєв (мал. 71). Пристінкове травлення з одного боку забезпечують ферменти, що надходять з порожнини травного тракту, з іншого – ферменти, які синтезують самі клітини слизової оболонки. Слизова оболонка тонкого кишківника утворює безліч ворсинок (мал. 72). До їхнього складу входять кровоносні та лімфатичні судини, які розгалужуються на капіляри, а також м’язові та нервові волокна. У свою чергу, клітини, які вкривають ворсинки, утворюють мікроскопічні вирости – мікроворсинки. Уявіть: окремі клітини можуть утворювати до 3 тис. таких виростів, які значно збільшують всисну поверхню шлунково-кишкового тракту. Велика кількість ворсинок (приблизно 30 млн) майже в 1000 разів збільшує всмоктувальну поверхню тонкого кишківника. Пристінкове травлення забезпечує найретельніше розщеплення поживних речовин і всмоктування простих органічних речовин. Отже, основна функція ворсинок – всмоктування поживних речовин.
Мал. 71. Уголєв Олександр Михайлович (1926-1991) – учений-фізіолог (народився у Дніпропетровську, тепер м. Дніпро)
Мал. 72. 1. Будова ворсинок кишківника. 2. Схема всмоктування поживних речовин ворсинками
Всмоктування — це складний фізіологічний процес проникнення води і розчинених у ній органічних речовин і мінеральних солей у кров і лімфу через клітини епітелію кишківника. У процесі всмоктування важливе значення мають активна діяльність клітинних мембран кишківника, явища дифузії, фільтрації. При цьому витрачається енергія.
Перетравлення їжі та всмоктування поживних речовин завершується переважно в тонкому кишківнику. Неперетравлені рештки харчової маси завдяки хвилеподібним (перистальтичним) скороченням тонкого кишківника (мал. 73) надходять до товстого кишківника.
Перистальтика (з грец. перистальтикос — той, що охоплює, стискає) — хвилеподібний рух стінок шлунка, кишківника, сечоводів унаслідок скорочення їхніх м’язів, що забезпечує переміщення вмісту цих органів.
Мал. 73. Перистальтичні рухи стінок кишківника
Мал. 74. Будова товстого кишківника: 1 – сліпа кишка; 2 – апендикс; 3 – ободова кишка; 4 – сигмоподібна ділянка ободової кишки; 5 – пряма кишка
Яка будова та функції товстого кишківника? Початкова ділянка товстого кишківника – сліпа кишка (мал. 74). Від задньої її частини відходить тонкий червоподібний відросток – апендикс, який безпосередньої участі у процесах травлення не бере. Сліпа кишка переходить в ободову, яка з трьох боків охоплює черевну порожнину. Завершується ободова кишка прикінцевою ділянкою – сигмоподібною. Вона продовжується прямою кишкою, що закінчується анальним отвором.
У порожнині товстої кишки є велика кількість мікроорганізмів (мікрофлора кишківника). Їхнє значення полягає в розщепленні частини клітковини, поліпшенні травлення та підсиленні засвоєння поживних речовин, утворенні деяких вітамінів (зокрема, К і групи В), запобіганні розвиткові хвороботворних мікроорганізмів.
Мікрофлора кишківника дуже чутлива до дії антибіотиків, тому вживати їх потрібно тільки за призначенням лікаря.
Стінки товстого кишківника не мають ворсинок. Клітини слизової оболонки виробляють сік, у якому мало ферментів, але багато слизу. Він полегшує просування і видалення неперетравлених решток їжі. У товстому кишківнику переважно всмоктуються вода та мінеральні речовини.
З неперетравлених решток їжі формуються калові маси, які містять шкідливі для організму речовини. Завдяки скороченням м’язів стінок товстого кишківника вони просуваються до прямої кишки, де накопичуються. Калові маси періодично виводяться через анальний отвір назовні. Виведення їх з кишківника регулює м’яз-стискач (сфінктер), розміщений у кінцевому відділі прямої кишки. Його діяльність перебуває під контролем свідомості людини.
Процеси травлення в людини тривають залежно від складу їжі та функціональної активності органів кишково-шлункового тракту від однієї до трьох діб. При цьому найбільше часу витрачається на пересування решток їжі саме товстим кишківником (приблизно 12 годин).
Ключові терміни і поняття: дванадцятипала кишка, підшлункова залоза, печінка, жовч, пристінкове травлення, перистальтика, ворсинки, всмоктування.
ПЕРЕВІРТЕ ТА ЗАСТОСУЙТЕ ЗДОБУТІ ЗНАННЯ
Дайте відповідь на запитання
1. З яких частин складається тонкий кишківник? 2. Які функції здійснює тонкий кишківник? 3. Які сполуки перетравлюються в тонкому кишківнику? 4. Яка роль підшлункової залози у процесах травлення? 5. Які функції печінки? 6. Яка роль жовчі, підшлункового та кишкового соку у травленні? 7. Які речовини всмоктуються в тонкому кишківнику? 8. Яка будова та функції ворсинок кишківника? 9. З яких частин складається товстий кишківник? 10. Які функції товстого кишківника? 11. Які речовини всмоктуються в товстому кишківнику? 12. Яка роль мікроорганізмів у процесах травлення?
Виберіть одну правильну відповідь
1. Укажіть орган, у який впадає протока підшлункової залози: а) шлунок; б) жовчний міхур; в) дванадцятипала кишка; г) печінка.
2. Укажіть правильну послідовність відділів, з яких складається товстий кишківник: а) сліпа, ободова, пряма кишки; б) ободова, пряма, сліпа кишки; в) ободова, пряма, сліпа кишки; г) пряма, сліпа, ободова кишки.
Обговоріть у групах. І група. Порівняйте будову та функції тонкого й товстого кишківника. II група. Порівняйте будову та функції печінки й підшлункової залози.
Поміркуйте. 1. Чому більша частина води всмоктується в товстому кишківнику, а не виводиться назовні разом із калом? 2. Які засоби можуть сприяти відновленню нормальної мікрофлори кишківника в разі порушення її складу?
Творче завдання. Підготуйте короткі повідомлення та оформте їх у вигляді комп’ютерної презентації: «Печінка як важливий орган в організмі людини», «Підшлункова залоза та її значення у процесах травлення».