سفر غذا — علوم تیزهوشان هفتم (استعداد درخشان)

سفر غذا (علوم تیزهوشان هفتم)

غذایی که می‌خوری از دهان تا روده سفر طولانی‌ای دارد. این فصل کار هر بخش دستگاه گوارش، نقش آنزیم‌ها و شیره‌ها، جذب و رابطهٔ دندان با رژیم غذایی را توضیح می‌دهد.

چرا گوارش لازم است؟

مولکول‌های غذا (نشاسته، پروتئین و چربی) درشت‌اند و از غشای سلول و دیوارهٔ روده نمی‌گذرند. گوارش آنها را به مونومرهای قابل جذب تبدیل می‌کند: نشاسته و قندهای دوتایی به گلوکز، پروتئین به آمینواسید و چربی به اسید چرب و گلیسرول. گوارش مکانیکی خرد و مخلوط کردن با دندان و حرکت‌های معده و روده است و ماهیت ماده را عوض نمی‌کند (فیزیکی)؛ گوارش شیمیایی شکستن مولکول‌ها با آنزیم‌ها است. آنزیم‌ها پروتئین‌هایی‌اند که سرعت واکنش را زیاد می‌کنند، هر کدام برای یک نوع ماده کار می‌کند (مثلاً آمیلاز برای نشاسته) و در دما و pH مناسب بهتر عمل می‌کند.

مسیر غذا و کار هر بخش

دهان ← حلق ← مری ← معده ← رودهٔ باریک ← رودهٔ بزرگ ← مخرج.

• دهان: دندان غذا را خرد می‌کند و آمیلاز بزاق گوارش نشاسته را آغاز می‌کند.
• مری: فقط غذا را با حرکات موجی (دودی) جابه‌جا می‌کند و گوارش ندارد.
• معده: غذا را مخلوط می‌کند؛ اسید و آنزیم پپسین گوارش پروتئین را شروع می‌کنند و میکروب‌ها کشته می‌شوند.
• رودهٔ باریک: گوارش نهایی با صفرا و شیرهٔ لوزالمعده و روده و بیشترین جذب.
• رودهٔ بزرگ: جذب آب و نمک‌ها و تشکیل مدفوع.
• کبد صفرا می‌سازد و مواد جذب‌شده را پردازش می‌کند، کیسهٔ صفرا آن را ذخیره می‌کند و لوزالمعده شیرهٔ قوی با آمیلاز، پروتئاز، لیپاز و بی‌کربنات می‌سازد.

دریچه‌ها (اسفنکترها)

دریچه ماهیچه‌ای حلقوی دور یک لوله است که با انقباض و انبساط، مجرا را می‌بندد و باز می‌کند. کاردیا بین مری و معده از برگشت غذا و اسید جلوگیری می‌کند، پیلور بین معده و روده خروج تدریجی غذا را کنترل می‌کند و دریچه‌های مجرای صفرا و لوزالمعده ورود شیره‌ها به دوازدهه را تنظیم می‌کنند. اگر کاردیا درست بسته نشود، اسید به مری برمی‌گردد و سوزش سر معده (ریفلاکس) پدید می‌آید. لازم نیست نام همهٔ دریچه‌ها را حفظ کنی؛ کار آنها مهم است.

اسید معده و داروی امپرازول

فردی سوزش شدید در مری دارد و پزشک امپرازول (کاهندهٔ تولید اسید معده) را تجویز کرده است. مشکل او برگشت اسید معده به مری است؛ مری برخلاف معده مخاط محافظ در برابر اسید ندارد. این دارو برای زخم معده هم مفید است، چون زخم معده معمولاً با آسیب مخاط توسط اسید (و باکتری هلیکوباکتر پیلوری) پدید می‌آید؛ کاهش اسید فرصت ترمیم می‌دهد، هرچند در زخم باکتریایی آنتی‌بیوتیک هم لازم است و دارو فقط با نظر پزشک مصرف می‌شود. pH معده حدود $2$ادامهٔ فرمول را افقی ببینبزرگ‌نمایی و آب خالص $7$ادامهٔ فرمول را افقی ببینبزرگ‌نمایی است؛ هر واحد کاهش pH یعنی ده برابر اسیدی‌تر، پس معده حدود $10^5$ادامهٔ فرمول را افقی ببینبزرگ‌نمایی برابر اسیدی‌تر از آب است.

آزمایش بزاق و نشاسته

دهان را با آب مقطر بشوی، با جویدن آدامس بدون قند بزاق جمع کن و با هم‌اندازه آب مقطر رقیقش کن. سه میلی‌لیتر محلول نشاسته را با سه میلی‌لیتر بزاق مخلوط کن و هر دقیقه یک قطره را با لوگول بیازما تا دیگر آبی-سیاه نشود؛ سپس بقیهٔ محلول را با بندیکت در حمام آب جوش گرم کن. بندیکت با قند ساده از آبی به سبز، زرد، نارنجی و قرمز آجری تغییر رنگ می‌دهد. نتیجه: آمیلاز بزاق نشاسته را به قندهای کوچک تبدیل کرده و گوارش شیمیایی نشاسته از دهان آغاز می‌شود. لولهٔ شاهد (نشاسته و آب بدون بزاق) لازم است تا نشان دهد تغییر به‌سبب بزاق است. به همین دلیل نان پس از جویدن طولانی شیرین می‌شود. اگر نشاستهٔ باقی‌مانده در پنج دقیقه از ۱۰۰٪ به صفر برسد، سرعت متوسط ۲۰٪ در دقیقه است، اما سرعت با کم شدن نشاسته کم می‌شود. در $80\,^\circ\text{C}$ادامهٔ فرمول را افقی ببینبزرگ‌نمایی آنزیم تخریب می‌شود و آنزیم‌های بدن در حدود $37\,^\circ\text{C}$ادامهٔ فرمول را افقی ببینبزرگ‌نمایی بهترین کار را دارند.

تبدیل قند به مولکول‌های دیگر

گلوکز فقط سوخت نیست؛ مولکول‌های حد واسط سوختن آن می‌توانند به مونومرهای مادهٔ وراثتی، انواع چربی و حدود نیمی از آمینواسیدها تبدیل شوند. وقتی انرژی سلول زیاد است، گلوکز اضافی به چربی تبدیل و در بافت چربی ذخیره می‌شود؛ پس قند زیادتر از نیاز وزن را بالا می‌برد. آمینواسیدهایی که بدن نمی‌سازد ضروری‌اند و باید از غذا تأمین شوند. اگر کسی روزانه $1000\,\text{kJ}$ادامهٔ فرمول را افقی ببینبزرگ‌نمایی بیش از مصرف بخورد و همه به چربی ($38\,\text{kJ/g}$ادامهٔ فرمول را افقی ببینبزرگ‌نمایی) تبدیل شود، روزی حدود $26\,\text{g}$ادامهٔ فرمول را افقی ببینبزرگ‌نمایی و ماهی نزدیک به ۸۰۰ گرم چربی ذخیره می‌کند.

رودهٔ باریک و جذب

رودهٔ باریک حدود ۶ متر طول دارد و بخش اولش دوازدهه است که صفرا و شیرهٔ لوزالمعده به آن می‌ریزد. جذب در آن بسیار مؤثر است، چون طول زیاد، چین‌های حلقوی، پرزها و ریزپرزها سطح جذب را صدها برابر یک لولهٔ ساده می‌کنند و هر پرز مویرگ خونی و رگ لنفی دارد. این همان اصل نسبت سطح به حجم است.

سیاهرگ باب کبدی

در شکل گردش خون، رنگ قرمز خون پراکسیژن و آبی خون کم‌اکسیژن را نشان می‌دهد، نه سرخرگ یا سیاهرگ بودن؛ مثلاً سیاهرگ‌های ششی قرمزند. در گردش عادی مسیر سرخرگ ← مویرگ ← سیاهرگ ← قلب است، اما سیاهرگ باب خون را از مویرگ‌های روده، معده، طحال و لوزالمعده نه به قلب، بلکه به کبد می‌برد و آنجا دوباره به مویرگ تقسیم می‌شود؛ یعنی بین دو شبکهٔ مویرگی قرار دارد. کار آن رساندن گلوکز و آمینواسیدهای جذب‌شده به کبد است تا کبد گلوکز اضافی را به گلیکوژن تبدیل کند، مواد سمی و دارو را سم‌زدایی کند، میکروب‌ها را از بین ببرد و قند خون را تنظیم کند. چربی‌ها بیشتر از راه رگ لنفی جذب می‌شوند. اگر قند خون پس از شیرینی از $90$ادامهٔ فرمول را افقی ببینبزرگ‌نمایی به $140\,\text{mg/dL}$ادامهٔ فرمول را افقی ببینبزرگ‌نمایی برسد، حدود ۵۶٪ افزایش یافته و بدن با انسولین آن را برمی‌گرداند؛ خرابی این تنظیم دیابت است.

صفرا و هضم چربی‌ها

صفرا مایعی سبز و قلیایی است که در کبد ساخته و در کیسهٔ صفرا ذخیره می‌شود. صفرا آنزیم ندارد. در آزمایش چهار لوله با آب و روغن: لولهٔ بدون افزودنی و لولهٔ با جوش‌شیرین روغن را جدا می‌کنند، اما لولهٔ با مایع ظرف‌شویی و لولهٔ با صفرای گوسفند امولسیون شیری پایدار می‌سازند و به هم شبیه‌اند. پس صفرا مثل شوینده قطره‌های بزرگ چربی را به قطره‌های ریز تبدیل می‌کند (امولسیون) و سطح تماس چربی با لیپاز را زیاد می‌کند. اگر قطره‌ای به شعاع $1\,\text{mm}$ادامهٔ فرمول را افقی ببینبزرگ‌نمایی به ۱۰۰۰ قطرهٔ مساوی تقسیم شود، شعاع هرکدام $0.1\,\text{mm}$ادامهٔ فرمول را افقی ببینبزرگ‌نمایی و سطح کل ۱۰ برابر می‌شود. بی‌کربنات لوزالمعده اسید معده را خنثی می‌کند و pH رودهٔ باریک حدود ۸ است.

دندان‌ها و رژیم غذایی

چهار نوع دندان: پیش (بریدن)، نیش (پاره کردن و گرفتن شکار)، آسیای کوچک (خرد کردن) و آسیای بزرگ (آسیاب کردن). فرمول دندانی تعداد هر نوع را در نیمی از یک فک به ترتیب پیش، نیش، آسیای کوچک و آسیای بزرگ می‌دهد و اندازه با s، m، b و xb نشان داده می‌شود.

• $3(\text{m}),1(\text{xb}),3(\text{b}),1(\text{m})$ادامهٔ فرمول را افقی ببینبزرگ‌نمایی: نیش خیلی بزرگ برای شکار و آسیاهای کوچک قیچی‌مانند، پس گوشت‌خوار.
• $3(\text{b}),0,3(\text{b}),3(\text{b})$ادامهٔ فرمول را افقی ببینبزرگ‌نمایی: بدون نیش و با آسیاهای بزرگ فراوان برای گیاه سخت، پس گیاه‌خوار.
• $2(\text{m}),1(\text{m}),2(\text{m}),3(\text{m})$ادامهٔ فرمول را افقی ببینبزرگ‌نمایی: همهٔ انواع با اندازهٔ متوسط، شبیه انسان، پس همه‌چیزخوار.

فرمول انسان بالغ $2,1,2,3$ادامهٔ فرمول را افقی ببینبزرگ‌نمایی است: $8\times4=32$ادامهٔ فرمول را افقی ببینبزرگ‌نمایی دندان؛ دندان‌های شیری ۲۰ تاست. مینا سخت‌ترین مادهٔ بدن است. در پوسیدگی، باکتری‌ها قند را به اسید تبدیل می‌کنند و اسید مینا را حل می‌کند؛ مسواک، نخ دندان، کم کردن قند و فلوراید پیشگیری می‌کنند.

اشتباه‌های رایج