5.2: Componentes del Sistema Digestivo

Objetivos de aprendizaje

• Comparar y contrastar estructuras del sistema digestivo en sistemas animales de muestra

Los animales mantienen las demandas de trabajo y energía en su cuerpo a través de la nutrición. Obtienen su nutrición del consumo de otros organismos. Dependiendo de su dieta, los animales pueden clasificarse en las siguientes categorías: comedores de plantas (herbívoros), comedores de carne (carnívoros), y aquellos que comen tanto plantas como animales (omnívoros). Los nutrientes y macromoléculas presentes en los alimentos no son inmediatamente accesibles a las células. Hay una serie de procesos que modifican los alimentos dentro del cuerpo animal con el fin de hacer que los nutrientes y las moléculas orgánicas sean accesibles para la función celular. A medida que los animales evolucionaron en la complejidad de forma y función, sus sistemas digestivos también han evolucionado para adaptarse a sus diversas necesidades dietéticas.

Herbívoros, omnívoros y carnívoros

Los herbívoros son animales cuya fuente primaria de alimento es de origen vegetal. Ejemplos de herbívoros, como se muestra en la Figura 5.11 incluyen vertebrados como ciervos, koalas y algunas especies de aves, así como invertebrados como grillos y orugas. Estos animales han evolucionado sistemas digestivos capaces de manejar grandes cantidades de material vegetal. Los herbívoros pueden clasificarse además en frugívoros (comedores de frutas), granívoros (comedores de semillas), nectivores (alimentadores de néctar) y folivoros (comedores de hojas).

Figura 5.11. Los herbívoros, como este (a) el venado mula y (b) la oruga monarca, comen principalmente material vegetal. (crédito a: modificación de obra por Bill Ebbesen; crédito b: modificación de obra por Doug Bowman)

Los carnívoros son animales que comen a otros animales. La palabra carnívoro se deriva del latín y literalmente significa “carnívoro”. Los gatos salvajes como los leones, que se muestran en la Figura 5.12a y los tigres son ejemplos de carnívoros vertebrados, al igual que las serpientes y tiburones, mientras que los carnívoros invertebrados incluyen estrellas de mar, arañas y mariquitas, que se muestran en la Figura 5.12b. Los carnívoros obligados son aquellos que dependen enteramente de la carne animal para obtener sus nutrientes; ejemplos de carnívoros obligados son los miembros de la familia de los gatos, como los leones y los guepardos. Los carnívoros facultativos son aquellos que también comen alimentos no animales además de alimentos para animales. Tenga en cuenta que no hay una línea clara que diferencie a los carnívoros facultativos de los omnívoros; los perros serían considerados carnívoros facultativos.

Figura 5.12. Los carnívoros como el (a) león comen principalmente carne. La (b) mariquita es también un carnívoro que consume pequeños insectos llamados pulgones. (crédito a: modificación de obra de Kevin Pluck; crédito b: modificación de obra de Jon Sullivan)

Los omnívoros son animales que comen alimentos derivados tanto de plantas como de animales. En latín, omnívoro significa comer de todo. Los humanos, los osos (mostrados en la Figura 5.13a) y los pollos son ejemplos de omnívoros vertebrados; los omnívoros invertebrados incluyen cucarachas y cangrejos de río (mostrados en la Figura 5.13b).

Figura 5.13. Los omnívoros como el (a) oso y (b) el cangrejo de río comen alimentos tanto vegetales como animales. (crédito a: modificación de obra de Dave Menke; crédito b: modificación de obra de Jon Sullivan)

Sistemas digestivos invertebrados

Los animales han evolucionado diferentes tipos de sistemas digestivos para ayudar en la digestión de los diferentes alimentos que consumen. El ejemplo más simple es el de una cavidad gastrovascular y se encuentra en organismos con una sola abertura para la digestión. Los ornitorrales (gusanos planos), Ctenophora (medusas de peine) y Cnidaria (corales, medusas y anémonas de mar) utilizan este tipo de digestión. Las cavidades gastrovasculares, como se muestra en la Figura 5.14a, suelen ser un tubo ciego o cavidad con una sola abertura, la “boca”, que también sirve como “ano”. El material ingerido ingresa a la boca y pasa a través de una cavidad tubular hueca. Las células dentro de la cavidad secretan enzimas digestivas que descomponen los alimentos. Las partículas de alimento son engullidas por las células que recubren la cavidad gastrovascular.

El canal alimentario, mostrado en la Figura 5.14b, es un sistema más avanzado: consiste en un tubo con una boca en un extremo y un ano en el otro. Las lombrices de tierra son un ejemplo de un animal con canal alimentario. Una vez que el alimento se ingiere por la boca, pasa por el esófago y se almacena en un órgano llamado cultivo; luego pasa a la molleja donde es batido y digerido. De la molleja, el alimento pasa por el intestino, los nutrientes son absorbidos, y los desechos se eliminan como heces, llamadas fundiciones, a través del ano.

Figura 5.14. (a) Una cavidad gastrovascular tiene una sola abertura a través de la cual se ingieren alimentos y se excretan desechos, como se muestra en esta hidra y en esta medusa de medusa. b) Un canal alimentario tiene dos aberturas: una boca para ingerir alimentos y un ano para eliminar desechos, como se muestra en este nematodo.

Sistemas Digestivos Vertebrados

Los vertebrados han evolucionado sistemas digestivos más complejos para adaptarse a sus necesidades dietéticas. Algunos animales tienen un solo estómago, mientras que otros tienen estómagos de múltiples cámaras. Las aves han desarrollado un sistema digestivo adaptado a comer alimentos no masticados.

Monogástrico: estómago de una sola cámara

Como sugiere la palabra monogástrico, este tipo de sistema digestivo consiste en una (“mono”) cámara estomacal (“gástrica”). Los seres humanos y muchos animales tienen un sistema digestivo monogástrico como se ilustra en la Figura 5.15. El proceso de digestión comienza con la boca y la ingesta de alimentos. Los dientes juegan un papel importante en masticar (masticar) o descomponer físicamente los alimentos en partículas más pequeñas. Las enzimas presentes en la saliva también comienzan a descomponer químicamente los alimentos. El esófago es un tubo largo que conecta la boca con el estómago. Usando peristalsis, o contracciones de músculo liso onduladas, los músculos del esófago empujan la comida hacia el estómago. Para acelerar las acciones de las enzimas en el estómago, el estómago es un ambiente extremadamente ácido, con un pH entre 1.5 y 2.5. Los jugos gástricos, que incluyen enzimas en el estómago, actúan sobre las partículas de los alimentos y continúan el proceso de digestión. La descomposición adicional de los alimentos se produce en el intestino delgado donde las enzimas producidas por el hígado, el intestino delgado y el páncreas continúan el proceso de digestión. Los nutrientes son absorbidos en el torrente sanguíneo a través de las células epiteliales que recubren las paredes del intestino delgado. El material de desecho viaja al intestino grueso donde se absorbe el agua y el material de desecho más seco se compacta en heces; se almacena hasta que se excreta a través del recto.

Figura 5.15. a) Los seres humanos y los herbívoros, como el (b) conejo, tienen un sistema digestivo monogástrico. Sin embargo, en el conejo, el intestino delgado y el ciego se agrandan para permitir más tiempo para digerir el material vegetal. El órgano agrandado proporciona más superficie para la absorción de nutrientes. Los conejos digieren su comida dos veces: la primera vez que la comida pasa por el sistema digestivo, se acumula en el ciego, y luego pasa como heces blandas llamadas cecotrofes. El conejo vuelve a ingerir estos cecotrofos para digerirlos aún más.

Sistema Digestivo Aviar

Las aves enfrentan desafíos especiales a la hora de obtener nutrición a partir de los alimentos. No tienen dientes y por lo tanto su sistema digestivo, mostrado en la Figura 5.16, debe ser capaz de procesar alimentos no masticados. Las aves han evolucionado una variedad de tipos de pico que reflejan la vasta variedad en su dieta, que van desde semillas e insectos hasta frutas y nueces. Debido a que la mayoría de las aves vuelan, sus tasas metabólicas son altas para procesar eficientemente los alimentos y mantener bajo su peso corporal. El estómago de las aves tiene dos cámaras: el próventriculo, donde se producen jugos gástricos para digerir el alimento antes de que entre en el estómago, y la molleja, donde se almacena, se empapa y se muele mecánicamente el alimento. El material no digerido forma pellets de alimentos que a veces son regurgitados. La mayor parte de la digestión y absorción química ocurre en el intestino y los desechos se excretan a través de la cloaca.

Figura 5.16. El esófago aviar tiene una bolsa, llamada cultivo, que almacena alimentos. La comida pasa del cultivo al primero de dos estómagos, llamados el próventriculo, que contiene jugos digestivos que descomponen los alimentos. Desde el próventrículo, la comida entra en el segundo estómago, llamado molleja, que muele la comida. Algunas aves tragan piedras o arena, que se almacenan en la molleja, para ayudar en el proceso de molienda. Las aves no tienen aberturas separadas para excretar orina y heces. En cambio, el ácido úrico de los riñones se secreta al intestino grueso y se combina con los desechos del proceso digestivo. Este desecho se excreta a través de una abertura llamada cloaca.

Partes del sistema digestivo

El sistema digestivo vertebrado está diseñado para facilitar la transformación de la materia alimenticia en los componentes nutritivos que sustentan a los organismos.

Cavidad oral

La cavidad oral, o boca, es el punto de entrada de los alimentos al sistema digestivo, ilustrado en la Figura 5.17. El alimento consumido se rompe en partículas más pequeñas por la masticación, la acción masticadora de los dientes. Todos los mamíferos tienen dientes y pueden masticar sus alimentos

El extenso proceso químico de digestión comienza en la boca. A medida que se mastica la comida, la saliva, producida por las glándulas salivales, se mezcla con la comida. La saliva es una sustancia acuosa producida en la boca de muchos animales. Hay tres glándulas principales que secretan saliva: la parótida, la submandibular y la sublingual. La saliva contiene moco que humedece los alimentos y amortigua el pH de los alimentos. La saliva también contiene inmunoglobulinas y lisozimas, las cuales tienen una acción antibacteriana para reducir la caries dental al inhibir el crecimiento de algunas bacterias. La saliva también contiene una enzima llamada amilasa salival que inicia el proceso de convertir los almidones en los alimentos en un disacárido llamado maltosa. Otra enzima llamada lipasa es producida por las células en la lengua. Las lipasas son una clase de enzimas que pueden descomponer los triglicéridos. La lipasa lingual inicia la descomposición de los componentes grasos en los alimentos. La acción de masticación y humectación proporcionada por los dientes y la saliva preparan la comida en una masa llamada bolo para tragar. La lengua ayuda a tragar, moviendo el bolo de la boca a la faringe. La faringe se abre a dos vías: la tráquea, que conduce a los pulmones, y el esófago, que conduce al estómago. La tráquea tiene una abertura llamada glotis, que está cubierta por un colgajo cartilaginoso llamado epiglotis. Al tragar, la epiglotis cierra la glotis y la comida pasa al esófago y no a la tráquea. Esta disposición permite que los alimentos se mantengan fuera de la tráquea.

Figura 5.17. La digestión de los alimentos comienza en la (a) cavidad oral. Los alimentos son masticados por los dientes y humedecidos por la saliva secretada por las (b) glándulas salivales. Las enzimas en la saliva comienzan a digerir almidones y grasas. Con la ayuda de la lengua, el bolo resultante se mueve hacia el esófago al tragar. (crédito: modificación del trabajo por parte del Instituto Nacional del Cáncer)

Esófago

El esófago es un órgano tubular que conecta la boca con el estómago. El alimento masticado y ablandado pasa por el esófago después de ser tragado. Los músculos lisos del esófago sufren una serie de movimientos ondulados llamados peristalsis que empujan la comida hacia el estómago, como se ilustra en la Figura 5.18. La onda del peristaltismo es unidireccional: mueve los alimentos de la boca al estómago, y no es posible el movimiento inverso. El movimiento peristáltico del esófago es un reflejo involuntario; se produce en respuesta al acto de deglución.

Figura 5.18. El esófago transfiere los alimentos de la boca al estómago a través de movimientos peristálticos.

Un músculo en forma de anillo llamado esfínter forma válvulas en el sistema digestivo. El esfínter gastroesofágico se localiza en el extremo estomacal del esófago. En respuesta a la deglución y a la presión ejercida por el bolo de los alimentos, este esfínter se abre, y el bolo ingresa al estómago. Cuando no hay acción de deglución, este esfínter se cierra y evita que el contenido del estómago se desplace por el esófago. Muchos animales tienen un verdadero esfínter; sin embargo, en los humanos, no hay esfínter verdadero, pero el esófago permanece cerrado cuando no hay acción de deglución. El reflujo ácido o “acidez estomacal” ocurre cuando los jugos digestivos ácidos escapan al esófago.

Estómago

Gran parte de la digestión ocurre en el estómago, como se muestra en la Figura 5.19. El estómago es un órgano en forma de bolsa que secreta jugos digestivos gástricos. El pH en el estómago está entre 1.5 y 2.5. Este ambiente altamente ácido es requerido para la descomposición química de los alimentos y la extracción de nutrientes. Cuando está vacío, el estómago es un órgano bastante pequeño; sin embargo, puede expandirse hasta 20 veces su tamaño en reposo cuando se llena de comida. Esta característica es particularmente útil para los animales que necesitan comer cuando hay comida disponible.

Figura 5.19. El estómago humano tiene un ambiente extremadamente ácido donde se digiere la mayor parte de la proteína. (crédito: modificación de obra de Mariana Ruiz Villareal)

Ejercicio\(\PageIndex{1}\)

¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre el sistema digestivo es falsa?

1. El quimo es una mezcla de alimentos y jugos digestivos que se produce en el estómago.
2. La comida ingresa al intestino grueso antes que al intestino delgado.
3. En el intestino delgado, el quimo se mezcla con la bilis, que emulsiona las grasas.
4. El estómago está separado del intestino delgado por el esfínter pilórico.

El estómago también es el sitio principal para la digestión de proteínas en animales distintos de los rumiantes. La digestión de proteínas está mediada por una enzima llamada pepsina en la cámara estomacal. La pepsina es secretada por las células principales del estómago en una forma inactiva llamada pepsinógeno. La pepsina rompe los enlaces peptídicos y escinde las proteínas en polipéptidos más pequeños; también ayuda a activar más pepsinógeno, iniciando un mecanismo de retroalimentación positiva que genera más pepsina. Otro tipo de célula, las células parietales, secretan hidrógeno y iones cloruro, que se combinan en el lumen para formar ácido clorhídrico, el componente ácido primario de los jugos estomacales. El ácido clorhídrico ayuda a convertir el pepsinógeno inactivo en pepsina. El ambiente altamente ácido también mata muchos microorganismos en los alimentos y, combinado con la acción de la enzima pepsina, da como resultado la hidrólisis de la proteína en el alimento. La digestión química se ve facilitada por la acción batidora del estómago. La contracción y relajación de los músculos lisos mezclan el contenido del estómago aproximadamente cada 20 minutos. El alimento parcialmente digerido y la mezcla de jugo gástrico se llaman quimo. El quimo pasa del estómago al intestino delgado. Además, la digestión de proteínas se lleva a cabo en el intestino delgado. El vaciado gástrico ocurre dentro de dos a seis horas después de una comida. Solo se libera una pequeña cantidad de quimo en el intestino delgado a la vez. El movimiento del quimo desde el estómago hacia el intestino delgado está regulado por el esfínter pilórico.

Al digerir proteínas y algunas grasas, el revestimiento del estómago debe estar protegido de ser digerido por la pepsina. Hay dos puntos a considerar al describir cómo se protege el revestimiento del estómago. Primero, como se mencionó anteriormente, la enzima pepsina se sintetiza en la forma inactiva. Esto protege a las células principales porque el pepsinógeno no tiene la misma funcionalidad enzimática que la pepsina. Segundo, el estómago tiene un revestimiento mucoso espeso que protege el tejido subyacente de la acción de los jugos digestivos. Cuando se rompe este revestimiento mucoso, se pueden formar úlceras en el estómago. Las úlceras son heridas abiertas en o sobre un órgano causadas por bacterias (Helicobacter pylori) cuando el revestimiento mucoso se rompe y no se reforman.

Intestino delgado

El quimo se mueve del estómago al intestino delgado. El intestino delgado es el órgano donde se completa la digestión de proteínas, grasas e hidratos de carbono. El intestino delgado es un órgano largo en forma de tubo con una superficie muy plegada que contiene proyecciones similares a dedos llamadas vellosidades. La superficie apical de cada vellosidad tiene muchas proyecciones microscópicas llamadas microvellosidades. Estas estructuras, ilustradas en la Figura 5.20, están revestidas con células epiteliales en el lado luminal y permiten que los nutrientes sean absorbidos del alimento digerido y absorbidos en el torrente sanguíneo del otro lado. Las vellosidades y microvellosidades, con sus múltiples pliegues, aumentan la superficie del intestino y aumentan la eficiencia de absorción de los nutrientes. Los nutrientes absorbidos en la sangre se transportan a la vena porta hepática, lo que conduce al hígado. Allí, el hígado regula la distribución de nutrientes al resto del cuerpo y elimina sustancias tóxicas, entre ellas drogas, alcohol y algunos patógenos.

Figura 5.20. Las vellosidades son pliegues en el revestimiento del intestino delgado que aumentan la superficie para facilitar la absorción de nutrientes.

Ejercicio\(\PageIndex{1}\)

¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre el intestino delgado es falsa?

1. Las células absorbentes que recubren el intestino delgado tienen microvellosidades, pequeñas proyecciones que aumentan la superficie y ayudan en la absorción de los alimentos.
2. El interior del intestino delgado tiene muchos pliegues, llamados vellosidades.
3. Las microvellosidades están revestidas de vasos sanguíneos así como de vasos linfáticos.
4. El interior del intestino delgado se llama lumen.

El intestino delgado humano mide más de 6 m de largo y se divide en tres partes: el duodeno, el yeyuno y el íleon. La parte fija “en forma de C” del intestino delgado se llama duodeno y se muestra en la Figura 5.19. El duodeno está separado del estómago por el esfínter pilórico que se abre para permitir que el quima se mueva del estómago al duodeno. En el duodeno, el quima se mezcla con jugos pancreáticos en una solución alcalina rica en bicarbonato que neutraliza la acidez del quima y actúa como tampón. Los jugos pancreáticos también contienen varias enzimas digestivas. Los jugos digestivos del páncreas, el hígado y la vesícula biliar, así como de las células de la glándula de la propia pared intestinal, ingresan al duodeno. La bilis se produce en el hígado y se almacena y concentra en la vesícula biliar. La bilis contiene sales biliares que emulsionan lípidos mientras que el páncreas produce enzimas que catabolizan almidones, disacáridos, proteínas y grasas. Estos jugos digestivos descomponen las partículas de alimentos en el quimo en glucosa, triglicéridos y aminoácidos. Alguna digestión química de los alimentos tiene lugar en el duodeno. La absorción de ácidos grasos también tiene lugar en el duodeno.

La segunda parte del intestino delgado se llama yeyuno, que se muestra en la Figura 5.19. Aquí se continúa la hidrólisis de nutrientes mientras que la mayoría de los carbohidratos y aminoácidos son absorbidos a través del revestimiento intestinal. La mayor parte de la digestión química y la absorción de nutrientes ocurre en el yeyuno.

El íleon, también ilustrado en la Figura 5.19 es la última parte del intestino delgado y aquí las sales biliares y vitaminas son absorbidas en el torrente sanguíneo. El alimento no digerido se envía al colon desde el íleon a través de movimientos peristálticos del músculo. El íleon termina y el intestino grueso comienza en la válvula ileocecal. El apéndice vermiforme, “parecido a un gusano”, se localiza en la válvula ileocecal. El apéndice de los humanos no secreta enzimas y tiene un papel insignificante en la inmunidad.

Intestino grueso

El intestino grueso, ilustrado en la Figura 5.21, reabsorbe el agua del material alimenticio no digerido y procesa el material de desecho. El intestino grueso humano es mucho más pequeño en longitud en comparación con el intestino delgado pero de mayor diámetro. Tiene tres partes: el ciego, el colon y el recto. El ciego une el íleon con el colon y es la bolsa receptora de la materia de desecho. El colon es el hogar de muchas bacterias o “flora intestinal” que ayudan en los procesos digestivos. El colon se puede dividir en cuatro regiones, el colon ascendente, el colon transverso, el colon descendente y el colon sigmoide. Las principales funciones del colon son extraer el agua y las sales minerales de los alimentos no digeridos, y almacenar el material de desecho. Los mamíferos carnívoros tienen un intestino grueso más corto en comparación con los mamíferos herbívoros debido a su dieta.

Figura 5.21. El intestino grueso reabsorbe el agua de los alimentos no digeridos y almacena el material de desecho hasta que se elimina.

Recto y ano

El recto es el extremo terminal del intestino grueso, como se muestra en la Figura 5.21. El papel principal del recto es almacenar las heces hasta la defecación. Las heces son propulsadas mediante movimientos peristálticos durante la eliminación. El ano es una abertura en el extremo más alejado del tracto digestivo y es el punto de salida del material de desecho. Dos esfínteres entre el recto y el ano controlan la eliminación: el esfínter interno es involuntario y el esfínter externo es voluntario.

Órganos accesorios

Los órganos discutidos anteriormente son los órganos del tracto digestivo por los que pasan los alimentos. Los órganos accesorios son órganos que agregan secreciones (enzimas) que catabolizan los alimentos en nutrientes. Los órganos accesorios incluyen las glándulas salivales, el hígado, el páncreas y la vesícula biliar. El hígado, el páncreas y la vesícula biliar están regulados por hormonas en respuesta a los alimentos consumidos.

El hígado es el órgano interno más grande del ser humano y juega un papel muy importante en la digestión de las grasas y la desintoxicación de la sangre. El hígado produce bilis, un jugo digestivo que se requiere para la descomposición de los componentes grasos de los alimentos en el duodeno. El hígado también procesa las vitaminas y grasas y sintetiza muchas proteínas plasmáticas.

El páncreas es otra glándula importante que secreta jugos digestivos. El quima producido a partir del estómago es de naturaleza altamente ácida; los jugos pancreáticos contienen altos niveles de bicarbonato, un álcali que neutraliza el quima ácido. Adicionalmente, los jugos pancreáticos contienen una gran variedad de enzimas que se requieren para la digestión de proteínas y carbohidratos.

La vesícula biliar es un órgano pequeño que ayuda al hígado almacenando bilis y concentrando sales biliares. Cuando el quimo que contiene ácidos grasos ingresa al duodeno, la bilis se secreta desde la vesícula biliar hacia el duodeno.

Ejercicio\(\PageIndex{1}\)

Comparar y contrastar componentes del sistema digestivo entre nematodos, conejo y pollo.

Ejercicio\(\PageIndex{2}\)

Si una estructura contiene epitelio delgado, bomba de hidrógeno y muchos pliegues, ¿para qué podría ser bueno durante la digestión? Explica tu razonamiento.

Ejercicio\(\PageIndex{3}\)

¿Cómo obtienen los nutrientes las plantas?