עיכול

עיכול (או "תהליך העיכול") הוא תהליך המתבצע ביצורים הטרוטרופיים, חד-תאיים ורב-תאיים, והוא כולל פירוק אנזימטי של חומרי מזון אשר מקורם בסביבה. בסופו של התהליך, המזון או רובו מפורק לחומרים בעלי מולקולות קטנות, מסיסות במים, המוטמעות לתוך תאי הגוף. שם חלקן ישמשו כחומר גלם בתהליך חילוף החומרים, להפקת אנרגיה, וחלקן האחר ישמש לבניית תרכובות הדרושות לבניית התא עצמו. ביצורים בעלי מערכת עיכול ומערכת הובלה, המולקולות הקטנות הנוצרות הן בעלות יכולת מעבר דרך דופן מערכת העיכול אל מערכת ההובלה וזו מעבירה אותן לתאים. ביצורים ספרופיטיים, כמו הפטריות, העיכול מתבצע מחוץ לגופם. יצרים אלה מפרישים אנזימי עיכול אל מחוץ לגופם והם מעכלים מולקולות אורגניות גדולות שמקורם בגופם של יצורים מתים. המולקולות הקטנות שנוצרות בתהליך פירוק זה, נקלטות לגוף הספרופיט. כך המצב גם בכל החיידקים. הפרשת אנזימי עיכול על ידי חיידקים ופרוטוזואה אל מחוץ לגופם היא פעולה שמביאה תועלת ליצורים המשמשים להם כפונדקאים. שתי דוגמאות הן החיידקים בטרמיטים וביונקים אוכלי-צמחים. 1. הטרמיטים ניזונים מעצה של צמחים, העשויה ברובה תאית. הטרמיטים עצמם אינם מסוגלים לעכל תאית משום שאינם מייצרים צלולאז, האנזים שמפרק תאית. אולם, במעיהם חיים פרוטוזואה המפרישים צלולאז. בסיום פעולתו של אנזים זה, התאית מפורקת למולקולות חד-סוכר, אשר בחלקן נספגות אל תאי הפרוטוזואה ובחלקן אל גופן של הטרמיטים. 2. אצל אוכלי עשב מעלי גירה, אחד ממדורי קיבתם, הנקרא כרס, מאוכלס בצפיפות בחיידקים מפרקי תאית. החיידקים מפרישים את האנזים המפרק את התאית אל מחוץ לגופם, אל קיבת מעלה הגירה. חלק מתוצרי הפירוק של התאית מנוצלים על ידי החיידקים עצמם וחלק על ידי היונק הפונדקאי. יש גם יצורים אשר בהם העיכול מתחיל עוד לפני שהמזון נכנס לתוך הגוף. דוגמה לכך היא העכביש. הוא נועץ בטרף את גפי הטרף החלולים שלו, דרכם הוא מכניס אנזימי עיכול מתוך בלוטת הארס. האנזימים הללו מפרקים את החלקים הרכים של הטרף ואת תוצרי פירוק זה העכביש שואב לתוך מערכת העיכול שלו, שם מסתיים הפירוק. גם אצל נחשים ארסיים הארס מכיל גם פרוטאזות, המקילות על עיכול הטרף לאחר בליעתו, כנראה על ידי התחלה של פירוק החלבונים בשרירים והקלת העיכול לאחר בליעת הטרף לתוך מערכת העיכול של הנחש. ביצורים חד-תאיים, דוגמת אמבה וסנדלית, פירורי מזון מוצק או טיפות נוזל נקלטים מהסביבה בתהליך הנקרא אנדוציטוזה. סביב פירור המזון נוצר קיפול של קרום התא, המוכנס כלפי פנים. אותו מקטע נסגר ומתנתק מקרום התא. כך נוצרת בועית מזון בתוך התא. זו מופרדת משאר חלקי התא על ידי הקרום. אנזימים מופרשים על ידי הציטופלסמה לתוך הבועית ומפרקים את תוכנה למולקולות קטנות, היוצאות מהבועית אל הציטופלסמה, לניצול על ידי התא. השאריות הבלתי מעוכלות מופרשות אל מחוץ לתא בתהליך הפוך, הנקרא אקסוציטוזה. גם הספוגיים מעכלים את מזונם בשיטה זו. בצדפות, חלקיקי מזון זעירים נקלטים מתוך המים על ידי סינון ומועברים אל תוך התאים של בלוטת העיכול בתהליך של אנדוציטוזה. שם פירורי המזון מפורקים על ידי אנזימים, עד קבלת מולקולות קטנות. אלו עוברות אל כל תאי הצדפה. בחסרי חוליות ירודים העיכול מתבצע בתוך שק בעל פתח אחד בלבד. בהידרה יש מערכת עיכול המשלבת עיכול חוץ-תאי ועיכול פנים-תאי. היא צדה את טרפה בעזרת זרועות הציד ומכניסה אותו, דרך הפתח היחיד, אל חלל הגוף, הנקרא גם חלל העיכול. שם הטרף מפורק לפירורים קטנים באמצעות אנזימים המופרשים על ידי תאים המצויים בדופן חלל העיכול. חלק מפירורים אלה נקלטים בפינוציטוזה על ידי תאים אחרים מדופן חלל העיכול, ובתוכם מתבצע עיכול תוך-תאי, עד קבלת מולקולות קטנות ומסיסות. חומרים שלא נעכלו יוצאים מהתאים באקסוציטוזה אל חלל העיכול, ומופרשים אל החוץ דרך הפתח היחיד של חלל העיכול. אולם, ברוב חסרי החוליות ובכל בעלי החוליות יש מערכת עיכול הבנויה צינור בעל שני פתחים, בשני הקצוות של הגוף: פתח פה ופתח פי הטבעת. בשלשול, כל העיכול הוא חוץ-תאי. התהליך מתבצע בתוך צינור בעל שני פתחים. תחילת הצינור בנויה חלקים שריריים ובהם מתבצע העיכול המכני, בעוד שבהמשכו מתבצע העיכול הכימי, באמצעות אנזימים המופרשים על ידי תאי דופן המעי. המולקולות הקטנות, הנוצרות בעיכול הכימי, נספגות על ידי תאים אחרים בדופן המעי ועוברות משם למערכת דם סגורה, המובילה אותן לכל חלקי הגוף. חומר שלא נעכל נדחף החוצה דרך פי הטבעת. בחגב יש מאפיינים דומים לאלו של השלשול, אך גם תוספות המשפרות את תהליך העיכול. גם בחגב יש צינור עיכול בעל שני פתחים והמזון נדחף לאורכו, מהפה עד פי הטבעת. כל העיכול הוא חוץ-תאי. ראשיתו בעיכול מכני והמשכו עיכול כימי, על ידי אנזימים. יש בו בלוטות מיוחדות המפרישות אנזימים לתוך צינור העיכול ואלו בלוטות הרוק ובלוטות העיכול. המולקולות הקטנות שנוצרות בתהליך העיכול נספגות דרך דופן המעי אל מערכת דם פתוחה, המביאה אותן אל כל תאי הגוף. החומרים הבלתי מעוכלים מופרשים דרך פי הטבעת. העיכול באדם דומה לזה שתואר לעיל מכמה בחינות: כל העיכול הוא חוץ-תאי ומתרחש בתוך צינור בעל שני פתחים. לצינור זה יש חלקים בעלי התמחויות שונות. הפירוק המכני המתבצע בפה בעזרת השיניים, בו נגרס האוכל לחלקים קטנים יותר, שקלים יותר לעיכול. פירוק מכני מתבצע גם בקיבה ובמעי. הפירוק הכימי מתחיל בפה, על ידי האנזים עמילאז, המפרק עמילן לדקסטרין, גלוקוזה ומלטוזה. מהפה, דרך הוושט, בליל המזון מגיע אל הקיבה, שם תאים מיוחדים מפרישים מימן כלורי, היוצר סביבה חומצית חזקה, בעלת pH2. הסביבה החומצית דרושה לפעילותו של האנזים פפסינוגן, המופרש גם הוא בקיבה. בהשפעת החומצה, הפפסינוגן הופך לפפסין, המפרק חלבונים לפפטידים. בקיבה מתקיימת גם ספיגה של ברזל וסידן. החומציות בקיבה גם מחסלת את מרבית המיקרואורגניזמים המגיעים עם המזון. בקיבה מופרש מוצין, חומר צמיג המגן על רירית הקיבה מפני החומצה החריפה. מהקיבה אל המעי הדק עוברת תערובת המזון המפורק חלקית וכן החומרים שהתווספו אליו. בתריסריון, החלק העליון של המעי הדק, מתבצע המשך הפירוק הכימי, באמצעות אנזימים המיוצרים בלבלב ומועברים לתריסריון. אנזימים נוספים מופרשים על ידי תאי המעי הדק עצמו ופעולתם מתאפשרת על ידי מלחי המרה. מיץ המרה נוצר באופן שוטף בכבד, נאגר בכיס המרה ומופרש לפי הצורך, עם הגעת בליל מזון, אל התריסריון. מיץ המרה מכיל פיגמנטים של המרה ומלחי מרה. פיגמנטים אלה הם תוצרי פירוק של המוגלובין, והם אלה שצובעים את הצואה בצבעה האופייני. מלחי המרה הם חומרים היוצרים תחליבים מהשומנים שבמזון ומאפשרים את פעילות האנזים ליפאזה, המפרק את השומן לרכיביו. בסופו של התהליך מתקבלות היחידות הבסיסיות של רכיבי המזון והן: חד-סוכרים, חומצות אמינו, פפטידים קצרים, חומצות שומן, גליצרול, כולסטרול ובסיסים חנקניים. במעי הדק מתקיימת ספיגה של המולקולות הקטנות הללו אל מחזור הדם, דרך פני השטח הפנימיים של המעי הדק, המגיעים לגודל הנע בין 200 ל-500 מטר מרובע. גודל זה מתקבל הודות לקפליו של המעי, קיום קיפולים על פניו (סיסים) וסיסונים על פני תאי האפיתל המרפדים את הסיסים. במעי הדק גם נספגים חזרה אל הדם רוב המים שעברו במערכת העיכול. בקצה המעי הדק, במעבר אל המעי הגס, מתחבר התוספתן. במשך תקופה ארוכה החוקרים סברו שהתוספתן הוא שריד אבולוציוני של המעי העיוור והוא חסר תפקיד באדם. בתחילת שנות ה-2000 המחקרים הוכיחו שהוא מהווה מרחב מוגן עבור חיידקי מעיים מועילים. כאשר האדם עובר אירוע של שלשול זיהומי והחיידקים המועילים נעלמים, מאגר החיידקים מהתוספתן מאפשר שיקום מהיר של אוכלוסיית החיידקים המועילים במעי. בנוסף, התוספתן גם מכיל כמות גדולה של רקמה לימפואידית, הקשורה ליכולת הגוף לזהות אנטיגנים זרים בתוך המזוןן. בהמשך צינור העיכול, במעי הגס, מתקיים המשך ספיגת המים ובקצהו נמצא פי הטבעת. כאן מגיע תהליך העיכול לסיומו ומופרשת הצואה. היא מכילה מים, סיבים בלתי מעוכלים, תאי אפיתל שנשרו מדופן צינור העיכול, חיידקים, מלחי מרה, צבעי מרה ושאריות מזון שלא נספגו במעי. בתוך צינור העיכול המזון מתקדם בכיוון אחד בלבד, בעזרת תנועה גלית הנקראת תנועה פריסטלטית. תנועה זו היא תוצאה של התכווצות והרפיה לסירוגין של קטעים בצינור העיכול. מעבר המזון מווסת על ידי שסתומים (שוערים), אחד במעבר מהוושט לקיבה, אחד ביציאה מהקיבה אל המעי ואחד בחלחולת. העיכול באדם מושפע גם על ידי הורמונים שונים הפועלים על איברים השייכים למערכת העיכול. מעלי הגירה הם קבוצה בתוך מחלקת היונקים ההרביבוריים, אשר חלק גדול מנפח מזונם הוא תאית. אין אף יונק המסוגל לייצר אנזים מפרק תאית, ולכן יש צורך באסטרטגיה מיוחדת, אשר התפתחה במהלך האבולוציה, לניצול מירב המזון. דרך העיכול מתבססת על קיבה בעלת מבנה מיוחד, ובה ארבעה מדורים: הכרס, בית הכוסות, ההמסס, והקיבה האמיתית. בתחילת התהליך, המזון שנאסף בפה נלעס שם לעיסה חלקית. הבליל המכיל רוק יורד אל מדור הכרס, אשר אינה מפרישה מיצי עיכול. הכרס מכילה מיקרואורגניזמים ובעיקר חיידקים סימביונטיים, בכמות גבוהה, ובעזרתם מתבצעת התססה, המפרקת תאית מהמזון הצמחי. תוצרי הפירוק נספגים אל מערכת הדם. שאר המזון, אשר עדיין לא התפרק, נדחף חזרה לפה, נלעס היטב ונבלע שנית. הוא יורד שוב אל הכרס ושם חלה בו תסיסה ממושכת, שוב בעזרת המיקרואורגניזמים. בהדרגה המזון עובר במנות קטנות אל שאר מדורי הקיבה, עד שהוא מגיע אל הקיבה האמיתית, שם מופרשים מיצי עיכול, הפועלים על שארית המזון. בשלב זה מפורקים גם חיידקים סימביונטיים שנמצאים בתוך הבליל, ומשמשים כמקור חלבון לבעל החיים הפונדקאי. בצורת הזנה זו יש יתרון הישרדותי. אצל אוכלי הצמחים החיים בטבע, איסוף המזון מתבצע בשטח פתוח, שם הם עלולים להימצא חשופים לטורפים אורבים. לכן, איסוף מהיר של מזון ולעיסתו המהירה מקטינים את הסיכון להיטרף. הלעיסה החוזרת, האיטית, מתבצעת במקומות שאינם חשופים לטורפים. בניגוד למעלי הגירה, אוכלי צמחים אשר אינם מעלים גירה מנצלים את מזונם באופן חלקי. לדוגמה, אצל הסוס קיים אומנם מעי עיוור גדול, המאוכלס על ידי פרוטוזואה סימביונטיים, אבל החומר הצמחי מגיע לשם לעוס חלקית ולכן גם פירוקו חלקי. כתוצאה מכך, הסוסים אינם מנצלים את כל הפוטנציאל התזונתי של מזונם ובגללי סוסים ניתן למצוא חומר צמחי בלתי מפורק. מערכת העיכול מנגנוני תנועה במערכת העיכול מדיה וקבצים בנושא עיכול בוויקישיתוף עיכול, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית) עיכול, דף שער בספרייה הלאומית ארז גרטי, איך פועלת מערכת העיכול, מכון דוידסון מערכת העיכול,כמוני, מכון גרטנר, בי"ח תל השומר – מצגת עשירה רעיה אילן, חילוף חומרים בתא וגלגולי אנרגיה בעולם החי והצומח, ירושלים, יפתח, עמ' 164-175 קנוט שמידט-נילסן, הפסיולוגיה של בעלי החיים, תל אביב: יחדיו וספרית הפועלים, 1982, עמ' 11–21 R.G.Thomas, F.H. Pough, The effect of rattlesnake venom on digestion of prey, Toxicon 17(3), 1979, עמ' 221-228 מאיר ברק, מה ההבדל בין פינוציטוזה לבין מקרו-פינוציטוזה?, באתר מכון דוידסון, ‏ספטמבר 2009 חברי מערכת: אל' פוליאקוב מייבר ועוד, ביולוגיה - חקר החיים, כרך ה, ירושלים, תשל"א, עמ' 414-415 עזרה זהר, יאיר שפירא, הגוף ותיפקודו, תל אביב: עם עובד, 1986, עמ' 104-107 Eric Ogier-Denis, The appendix is not an unnecessary organ but is in fact correlated with a longer lifespan, Inserm-מרכז מחקר של דלקות, ‏אוגוסט 2021 Julie Pomerantz, Does the appendix serve a purpose in any animal?, Scientific American, ‏דצמבר 2002