Hệ tiêu hóa được cấu tạo bởi ống tiêu hóa – là một ống cơ dài, xuất phát từ miệng và tận cùng tại hậu môn – và các cơ quan phu, gồm tuyến nước bọt, tuyến tụy, gan và túi mật.
Chức năng tổng quát của hệ tiêu hóa là tiêu hóa thức ăn; hấp thu nước, các chất điện giải và các chất dinh dưỡng; thải các chất bã ra ngoài. Chức năng này được thực hiện bằng các hoạt động cơ học, bài tiết, hấp thu và đào thải. Hầu hết các hoạt động này đều được điều hòa bởi hệ thần kinh và hệ nội tiết.
1. Cấu trúc thành ống tiêu hóa
Điển hình cho cấu trúc thành ông tiêu hóa là thành ruột non.
Từ ngoài vào trong có các lớp: thanh mạc (serosa); tầng cơ (muscularis extema), gồm lớp cơ dọc và lớp cơ vòng; tầng dưới niêm mạc (submucosa); tầng niêm mạc (mucosa). Tầng niêm mạc bao gồm lớp biểu mô (epi- thelium), lớp đệm (lamina propria) và cơ niêm (muscularis mucosae). Giữa hai lớp cơ dọc và cơ vòng có các đám rối thần kinh cơ (myenteric plexus). Giữa lớp dưới niêm mạc và lớp cơ vòng có các đám rối dưới niêm (submucosal plexus). Các đám rối này tạo
thành hệ thống thần kinh nội tại của ruột.Thanh mạc có nhiệm vụ bảo vệ các mô bện dưới và bài tiết thanh dịch để giảm sự nia sát trong ổ bụng khi ruột cử động. Hai lớp cơ chịu trách nhiệm về hoạt động-cơ học. Lớp dưới niêm mạc chứa mô liên kết, mạch máu, mạch bạch huyết và các dây thần kinh nên có nhiệm vụ nuôi các mô và vận chuyển các chất được hấp thu. Lớp niêm mạc gồm biểu mô, mô liên kết, cơ niêm và các tuyến, phụ trách các hoạt động bài tiết và hấp thu.
2. Các hệ thống điều khiển hệ tiêu hóa
Các hoạt động cơ học và bài tiết của hệ tiêu hóa được điều khiển bởi các hệ thống thần kinh, nội tiết và cận tiết.
2.1. Hệ thần kinh
Hệ tiêu hóa có một hệ thống thần kinh riêng, gọi là hệ thần kinh ruột (enteric ner- vous system) nhưng nó còn được điều khiển từ bên ngoài bởi hệ thần kinh trung ương, thông qua hệ thần kinh tự chủ.
2.1.1. Hệ thần kinh ruột.
Hệ thần kinh ruột bao gồm các đám rối trong đó có các nơrôn (neuron) hướng tâm, nơrôn trung gian và nơrôn ly tâm. Các dây thần kinh hướng tâm truyền thông tin về đám rối từ nhiều thụ thể khác nhau nằm trong thành ruột như thụ thể căng (stretch recep- tor), thụ thể hóa học (chemoreceptor), thụ thể cơ học (mechanoreceptor), thụ thể thẩm thấu (osmoreceptor),.. Các dây thần kinh ly tâm truyền xung động đến các tổ chức cơ của ruột, niêm mạc ruột, tế bào nội tiết và mạch máu.
Hệ thần kinh ruột có thể tự nó điều khiển các hoạt động của hệ tiêu hóa bằng các phản xạ tại chỗ gọi là phản xạ đường ngắn. .Đám rối thần kinh cơ nằm giữa hai lớp cơ điều khiển chủ yếu hoạt động cơ học. Đám rối thần kinh dưới niêm mạc thông tin về môi trường trong lòng ruột, điều hòa lưu lượng máu và điều khiển hoạt động bài tiết, hấp thu.
2.1.2. Hệ thần kinh tự chủ
Hệ phó giao cảm phân phôi cho hệ tiêu hóa chủ yếu là qua các dây thần kinh X (va- gus nerves) và thần kinh cùng (sacral nerves). Các dây này phân nhánh và tận cùng trong các đám rối của hệ thần kinh ruột, đồng thời chúng cũng chứa các dây thần kinh hướng tâm từ niêm mạc ruột. Kích thích hệ phó giao cảm thường gây co cơ, làm tăng bài tiết dịch tiêu hóa và giãn mạch.
Hệ giao cảm phát xuất từ đoạn ngực T5 đến đoạn lưng L2 của tủy sống, đi qua các đám rối dương (celiac plexus), đám rối mạc treo tràng trên và dưới (superior and infe-rior mesenteric plexus), rồi tận cùng tại các đám rốì thần kinh ruột. Các dây thần kinh giao cảm cũng chứa các dây thần kinh hướng tâm từ ruột . Kích thích hệ giao cảm thường làm giảm lưu lượng máu và hoạt động cơ học của ruột.
Như vậy có những phản xạ đường dài, trong đó xung động đi từ dạ dày ruột đến các nhân thần kinh X hay tủy sông, rồi lại trở về ruột, Iìhư phản xạ dây X, phản xạ ruột- dạ dày…
2.2. Hệ nội tiết
Hệ tiêu hóa có các tế bào nội tiết nằm rải rác trong niêm mạc. Chúng bị kích thích bởi thức ăn (do tiếp xúc, do cấc chất hóa học của thức ăn) và các xung động thần kinh, Các chất nội tiết điều hòa hoạt động cơ học và biài tiết.
Dạ dày bài tiết gastrin, histamin (hista- mine) và somatostatin. Ruột non bài tiết cholecystokinin (CCK), secretin, motilin và somatostatin.
3. Hoạt động cơ học
3.1 Đặc tính cơ trơn ruột non
Các tế bào cơ trơn ruột được sắp xếp thành từng bó cơ, chỉ phân cách với nhau bởi mô liên kết lỏng lẻo. Có nhiều nơi các bó cơ này hòa cả vào nhau. Giữa các sợi cơ là các liên kết khe (gap junction) cho phép xung động thần kinh truyền dễ dàng từ tế bào này sang tế bào khác. Do đó về mặt chức năng khối cơ ruột hoạt động như một hợp bào (syncitium), có nghĩa là khi một điện thế động xuất hiện tại một nơi nào đó thì nó sẽ lan truyền ra toàn bộ khối cơ.
Đặc tính thứ hai của tế bào cơ trơn ruột là hoạt động điện, biểu hiện bằng hai loại sóng, sóng chậm và sóng nhọn.
3.1.1. Sóng chậm
Màng tế bào cơ trơn ruột có những dao động điện thế liên tục và nhịp nhàng, gọi là sóng chậm (slow waves) hay nhịp điện căn bản (basic electrical rhythm). Sóng chậm có cường độ khoảng 5-15 millivolts và tần số 3-12 lần một phút. Các sóng chậm thường không gây co cơ nhưng chúng là nền tảng cho sự xuôi hiện các điện thế động (action potentials).
3.1.2. Sóng nhọn.
Sóng nhọn (spike waves) là những điện thế động thực sự. Khi điện thế màng vượt quá ngưỡng điện học, thường vào khoảng – 40 millivolts thì sóng nhọn sẽ xuất hiện trên đỉnh các sóng chậm. Điện thê sóng chậm càng vượt qua mức này bao nhiêu thì tần số xuất hiện các sóng nhọn càng tăng.
Điện thế động cơ trơn ruột kéo dài hơn nhiều so với điện thế động của các dây thần kinh (từ 10 đến 40 lần) v) chúng được gây ra không phải chỉ do Na+ tràn vào các sợi cơ mà còn do Ca++ tràn vào qua các kểnh Ca++– Na+. Các kênh này đóng mở chậm hơn kênh Na+ nên làm cho điện thế động kéo dài hơn.
Ớ một số nơi của ống tiêu hóa như dạ dày, ruột già, có thể vẫn có sự co cơ mà không có các sóng nhọn, như vậy sóng nhọn không nhâ’t thiết phải có để gây co thắt, nhưng sự hiện diện của nó luôn có nghĩa là có sự co cơ.
3.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng lên màng tế bào lúc nghỉ.
Điện thế màng lúc nghỉ vào khoảng -50mV. Khi màng tế bào khử cực, tính kích thích của các sợi cơ tăng lên, còn khi màng tế bào tăng cực nó sẽ giảm xuống. Các yếu tố gây khử cực màng là (1) căng thành ống cơ tiêu hóa, (2) acetylcholine, (3) kích thích hệ phó giao cảm và (4) hormone tiêu hóa, Các yếu tô’ gây tăng cực là norepinephrine hay epi- nephrine và kích thích hệ giao cảm.
3.1.4. Trương lực cơ
Trương lực cơ (smooth muscle tone) là tình trạng co thắt liên tục, ổn định ở mức thấp của cơ trơn ruột. Trương lực cơ cao nhất ở các cơ thắt, có vai trò làm hẹp lòng ống tiêu hóa. Nguyên nhân gây trương lực cơ chưa rõ, nhưng các cơ thắt có nhiều ty thể và có nồng độ canxi cao hơn các cơ khác.
3.2. Các cử động của ruột
Có hai loại cử động căn bản của ruột, nhu động và phân đoạn.
3.2.1. Nhu động.
Nhu động (peristaltìsm) là cử động nhằm vận chuyển thức ăn dọc theo ống tiêu hóa, với vận tốc thích hợp cho sự tiêu hóa và hấp thu thức ăn. Nhu động ruột do tầng cơ phụ trách.
Nhu động xuất hiện tại bất cứ nơi nào của ruột khi chỗ này bị kích thích, kích thích thông thường nhất là căng thành ruột, còn có thể do kích thích cơ học đối với niêm mạc hay kích thích hệ phó giao cảm. Nếu đám rối thần kinh cơ tại nơi nào đó không hoàn hảo thì tại nơi đó nhu động xảy ra rất yếu.
Nhu động có khuynh hướng đẩy các chất về phía hậu môn. Khi một đoạn ruột bị căng ra, thì có phản xạ co cơ ở đoạn ruột phía trước nơi bị căng, đồng thời có phản xạ giãn cơ d đoạn ruột phía sau đoạn bị càng.
3.2.2. Phân đoạn
Cử động phân đoạn (segmentation) rất khác nhau ở những nơi khác nhau của ống tiêu hóa. Đó là những co thắt tại chỗ, có vai trò nhào trộn thức ăn, và cho thức ăn luân phiên tiếp xúc với niêm mạc ruột. Ở một số nơi, chính nhu động cũng giữ vai trò nhào trộn thức ăn, nhất là khi gặp các cơ thắt (sphincter) vì khi các cơ này co, nhu động không đẩy tới được phải đẩy lui, thức ăn như thế giông như được nhào trộn. Cử động phân đoạn là do lớp cơ vòng phụ trách.
3.3. Hoạt động bài tiết
Hằng ngày trung bình có khoảng 7 lít dịch tiêu hóa được bài tiết vào trong lòng ống tiêu hóa.
3.3.1. Các tuyến tiêu hóa.
Các tuyến tiêu hóa bài tiết hai loại chất quan trọng là enzym tiêu hóa (digestive en-zymes) và châ’t nhầy (mucus). Enzym tiêu hóa có vai trò thủy phân (hydrolysis) thức ăn, biến chúng thành những phân tử có thể hấp thu được. Chất nhầy giúp bôi trơn thức ăn và bảo vệ niêm mạc của ông tiêu hóa.
Trong biểu mô của ống tiêu hóa có nhiều tế bào bài tiết chất nhầy. Ngoài ra cờn có các tuyến chuyên biệt của dạ dày và ruột bài tiết dịch dạ dày và địch ruột. Các tuyến nước bọt, tuyến tụy và gan có hệ thông ông dẫn đổ chất tiết vào lòng ống tiêu hóa.
3.3.2. Cơ chế kích thích các tuyến tiêu hóa.
- Kích thích tại chỗ (local stimulation): thức ăn thường kích thích sự bài tiết, một phần do tác dụng trực tiếp lên tế bào bài tiết nằm ở bề mặt niêm mạc, một phần do kích thích hệ thần kinh ruột (kích thích cơ học, hóa học).
- Kích thích hệ thần kinh (neural stimu-lation): hệ phó giao cảm làm tăng sự bài tiết của tuyến nước bọt, thực quản, dạ dày, tuyến Briinner của ruột non và các tuyến ở đoạn xa của ruột già. Các tuyến khác của ruột non và các tuyến của đoạn gần của ruột già là do hệ thần kinh ruột. Hệ giao cảm làm tăng sự bài tiết của một số tuyến nhưng lại làm giảm lưu lượng máu đến các tuyến đo.
- Kích thích hệ nội tiet (endocrine stimulation): các hormon có vai trò quan trọng trong sự bài tiết của dạ dày, tuyến tụy và túi mật.
4. Hoạt động tiêu hóa và hấp thụ
4.1. Sự tiêu hóa thức ăn.
Phản ứng căn bản của sự tiêu hóa thức ăn là phản ứng thủy phân, xảy ra như sau:
R” -R’ + H20 —► R”OH + R’H
Men tiêu hóa Cacbohydrat (carbohydrate) được thủy phân thành maltoz (maltose) và chất trùng hợp (polymer) của glucoz (glucose) bởi amylaz (amylase) nước bọt và amylaz tụy. Các men tiêu hóa trên màng các vi nhung mao ruột tiếp tục thủy phân chúng thànhđường đơn (monosaccharide) để.được hấp thu.
Protein được thủy phân bởi pepsin dạ dày thành peptone và polypeptit (polypeptide). Sau đó các men tiêu hóa protein của tuyến tụy thủy phân chúng thành polypeptit (polypeptide) và axít amin. Các polypeptit được thủy phân tiếp bởi peptidaz (peptidase) của vi nhung mao rùột non thành tripeptit, dipeptit và axít amin để được hấp thu. Cuối cùng peptidaz bên trong tế bào biểu mô ruột thủy phân dipeptit và tripeptit thành axít amin.
Lipit (lipid) phải được nhũ tương hóa bởi muối mật, trước khi bị thủy phân thành axít béo và monoglycerit (monoglyceride) bởi lipaz (lipase) của tụy. Các sản phẩm tiêu hóa của mỡ không tan trong nước nên phải được vận chuyển trong các hạt mixen (mi-celle) để đến các vi nhung mao và được hấp thu ở đây.
4.2. Sự hấp thu thức ăn
4.2.1. Diện tích hấp thu của niêm mạc ruột.
Niêm mạc ruột có rất nhiều nếp gấp, làm tăng diện tích hấp thu lên ba lần. Trên bề mặt niêm mạc có rất nhiều nhung mao (villi), làm tăng diện tích lên thêm mười lần. Mỗi tế bào nhung mao lại có nhiều vi nhung mạo (microvilli) tạo thành bờ bàn chải, làm tăng diện tích lên thêm hai mươi lần. Ba yếu tố trên cộng lại làm tăng diện tích hấp thu lên sấu trăm lần. Do đó diện tích hấp thu của ruột được tính vào khoảng 250 m2.
4.2.2. Cơ chế hấp thu
Các chất dinh dưỡng, nước và điện giải được hấp thu bởi hai cơ chế, chủ động và thụ động. Sự hấp thu xảy ra tại màng đỉnh (apical membrane) của tế bào biểu mô ruột và tại màng đáy bên (basolateral mem-brane), qua đó các chất sẽ đi vào khoảng gian bào trước khi đi vào mao mạch hay mạch bạch huyết.
Cơ chế hấp thu chủ động cần năng lượng và nguồn năng lượng có thể là ATP, glucose, oxy… Một chất được hấp thu chủ động có thể được hấp thu ngược với bậc thang nồng độ. Sự hấp thu chủ động của một ion có thể liên quan đến sự trao đổi với một ion khác có cùng điện tích, hay có thể kéo theo sự vận chuyển một ion có điện tích ngược dấu, để duy trì sự cân bằng về điện tích của tế bào. Sự hấp thu chủ động có thể bị ức chế bởi các chất chuyển hóa, tăng theo nhiệt độ và xảy ra theo một chiều chứ không xảy ra theo chiều ngược lại. Tốc độ vận chuyển chủ động chỉ tỉ lệ với bậc thang nồng độ khi sự sai biệt về nồng độ thấp còn khi sự sai biệt nồng độ cao quá trinh vận chuyển lại bị bão hòa. Sự vận chuyển chủ động của một chất xảy ra nhanh hơn so với vận chuyển thụ động của chất đó.
Sự hấp thu thụ động xảy ra theo bậc thang nồng độ và tốc độ vận chuyển tùy thuộc vào sự sai biệt nồng độ ngang qua màng tế bào.
Sự khuếch tán tăng cường không xảy ra ngược với bậc thang nồng độ nhưng so với khuếch tán thụ động thì nó nhanh hơn. Nó cũng tỉ lệ với sự sai biệt nồng độ ngang qua màng tế bào khi sự sai biệt nồng độ thấp.
5. Cung cấp máu cho hệ tiêu hóa
5.1. Tuần hoàn tạng
Các mạch máu của hệ tiêu hóa là một phần của tuần hoàn tạng. Máu từ ruột, lách và tụy đi về gan qua tĩnh mạch cửa. Trong gan máu đi qua các tĩnh mạch kiểu xoang và rời khỏi gan bằng các tĩnh mạch gan để đổ về tĩnh mạch chủ. Do đó các tế bào Kupffer lót bên trong cảc tĩnh mạch kiểu xoang có thể ngăn chặn vi khuẩn và các vật lạ khác đi vào ruột không cho đi đến các phần còn lại của cơ thể.
Các chất dinh dưỡng hòa tan trong nước được hấp thu tại ruột rồi đi vào các tĩnh mạch kiểu xoang, được các tế bào gan hấp thu và được chuyển hóa tại đây. Các chất mỡ được hấp thư tại một không đi vào tĩnh mạch cửa mà đi vào các mạch bạch huyết nên đi vào hệ tuần hoàn qua ống ngực.
5.2. Các yếu tố ảnh hưởng lên lưu lượng máu đến ruột.
Ở trạng thái đói, lưu lượng máu đến các cơ quan tiêu hóa tương đối thấp nhưng tăng lên rất nhiều khi ăn vào đo các hoạt động bài tiết dịch tiêu hóa và hấp thu chất dinh dưỡng diễn ra rất tích cực.
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng lên lưu lượng máu đến ruột:
- Huyết động học: huyết áp, độ nhớt của máu, thể tích máu.
- Thần kinh: hệ giao cảm gây co mạch nhưng lại làm giãn cơ trơn tiêu hóa nên làm giảm kháng lực đôi với lưu lượng máu. Hệ phó giao cảm làm tăng hoạt động bài tiết của các mô nên làm tăng sản xuất các chất chuyển hóa gây giãn mạch.
- Nội tiết: gastrin gây giãn mạch ở dạ dày, cholecystokinin gây giãn mạch ở tụy và ruột.
Trong nhung mao máu lưu thông trong tiểu động mạch ngược chiều với trong tiểu tĩnh mạch. Hai mạch máu này nằm kề nhau nên phần lớn oxy trong tiểu động mạch khuếch tán trực tiếp vào máu tiểu tĩnh mạch mà không đi đến đỉnh của nhung mao. Trong điều kiện bình thường shunt này không ảnh hưởng nhiều lên nhung mao nhưng khi lưu lựợng máu đến ruột giảm như trong trường hợp sốc tuần hoàn phần đỉnh hay nguyên cả nhung mao bị thiếu oxy nhiều đến nỗi sẽ bị hoại tử.
6. Các giai đoạn bài tiết.
Hoạt động bài tiết dịch tiêu hóa diễn ra theo ba giai đoạn.
- Tâm linh: khi thức ăn chưa vào đến dạ dày.
- Dạ dày: khi thức ăn vào đến dạ dày.
- Ruột: khi thức ăn vào đến ruột.
7. Điều hòa ăn uống.
Việc điều hòa ăn uống được thực hiện bởi hai trung tâm nằm tại vùng hạ đồi. Các nhân bên của vùng hạ đồi tạo thành trung tâm đói và các nhân trước trong tạo thành trung tâm no. Các trung tâm này nhận các tín hiệu từ hệ tiêu hóa, từ các chất dinh dưỡng trong máu, từ hormon và từ vỏ não.
7.1. Điều hòa ăn uống ngắn hạn.
Điều hòa ngắn hạn là do các tín hiệu cảm giác từ hệ tiêu hóa. Khi dạ dày trông người ta có cảm giác đói là do sự kích thích dây X bởi nồng độ glucoz trong máu thấp. Kích thích dây X gây ra những co thắt dạ dày gọi là co thắt lúc đói. Ngược lại khi căng thành dạ dày, tín hiệu từ các thụ thể cơ học theo các dây thần kinh cảm giác của dây X về ức chế trung tâm đói. Mỡ trong tá tràng kích thích sự bài tiết của cholecystokinin và horrnon này lại kích thích trung tâm no.
7.2. Điều hòa dài hạn
Điều hòa dài hạn là do nồng độ các chất dinh dưỡng trong máu, đặc biệt là glucoz. Nồng độ glucoz cao trong máu kích thích trung tâm no. Cũng có vai trò của axít ạmin và axít béo nhưng không rõ bằng.
Thời tiết cũng ảnh hưởng lên việc ăn uống. Khi trời lạnh người ta ăn nhiều hơn để tăng sự tạo nhiệt và tạo mỡ để tăng sự cách nhiệt. Ngược lại khi trời nóng người ta ăn ít hơn. Giữa trung tâm điều nhiệt và trung tâm điều hòa ăn uống của vùng hạ đồi có sự tác động qua lại. .
