Verdauung

Grundprinzip der Verdauung

Verdauung, auch Digestion, bezeichnet den Aufschluss der Nahrung im Verdauungstrakt mithilfe von Verdauungsenzymen. Durch chemische Spaltung, genauer Hydrolyse, werden hochmolekulare Kohlenhydrate, Fette und Proteine in niedermolekulare Verbindungen zerlegt. Dabei entstehen unter anderem Mono- und Disaccharide, Fettsäuren, Aminosäuren sowie Di- und Tripeptide.

Viele Nährstoffe sind zunächst nicht wasserlöslich und können deshalb nicht aus dem Dünndarm in Blut und Lymphe aufgenommen werden. Durch die Zerlegung in kleinere Grundbausteine werden sie wasserlöslich und können resorbiert, also in den Körper übergeleitet, werden. Verdauungsenzyme in den Verdauungssäften katalysieren die Spaltungsreaktionen und beschleunigen sie stark. Die aufgenommenen Stoffe werden teilweise in Energie umgewandelt oder nach chemischem Umbau zum Aufbau von Körpersubstanz und Zellstrukturen verwendet. Ein die Verdauung förderndes Mittel heißt Digestivum.

Von der Mundhöhle bis zum Magen

Beim Kauen wird die Nahrung mechanisch zerkleinert und durch Speichel gleitfähig gemacht. Der Speichel stammt aus der Ohrspeicheldrüse (Glandula parotidea), der Unterzungenspeicheldrüse (Glandula sublingualis) und der Unterkieferspeicheldrüse (Glandula submandibularis).

Das Enzym Ptyalin, eine α-Amylase, spaltet Stärke (Polysaccharide) zu Maltose, Maltotriose und Oligosacchariden. Auch Glykogen, die sogenannte tierische Stärke, wird zu Maltose zerlegt. Deshalb kann Brot nach längerer Verweildauer im Mund süßlich schmecken. Physiologisch ist dieser Vorgang jedoch nicht immer bedeutsam, weil die Zeit bis zur Inaktivierung der Amylase durch den niedrigen pH-Wert des Magens zu kurz für eine umfassende Verdauung ist. Die weitere Zerlegung der Stärke findet im Dünndarm statt.

Die Zunge durchmischt den Speisebrei, presst ihn gegen den Gaumen und löst den Schluckreflex aus. Dabei senkt sich kurzzeitig der Kehldeckel, verschließt die Luftröhre, die Atmung wird angehalten und der Zugang zur Nase abgeriegelt. Die Speiseröhre ist ein muskulöser Schlauch hinter der Luftröhre. Wellenförmige Muskelbewegungen, die Peristaltik, transportieren die Nahrung in wenigen Sekunden in den Magen. Deshalb ist Schlucken auch im Liegen und im Handstand möglich. Gelangen Nahrungsreste in die Luftröhre, kommt es zu starkem Husten; im schlimmsten Fall besteht Erstickungsgefahr.

Der Magen sammelt den Speisebrei über längere Zeit und fasst etwa 1,5 bis 2 Liter. Am Mageneingang liegt der Magenmund (Cardia). Seine stark gefaltete Schleimhaut enthält Nebenzellen, Hauptzellen und Belegzellen. Belegzellen bilden Salzsäure, die nach einer halben bis einer Stunde den gesamten Mageninhalt durchsäuert. Hauptzellen geben das zunächst inaktive Pepsinogen ab, das durch Salzsäure zu Pepsin aktiviert wird. Pepsin spaltet Proteine in kleinere Peptide; auch Kathepsin ist an der Proteinspaltung beteiligt.

Da Pepsin Kollagen umwandeln kann und der pH-Wert des Magens durch die Salzsäure etwa 0,9 beträgt, muss die Magenschleimhaut geschützt werden. Nebenzellen sondern ständig einen zähen, hydrogencarbonatreichen Schleim ab. Dieser bildet eine Schutzschicht und puffert die Magensäure örtlich. Täglich werden 1,5–2 Liter Magensaft gebildet. Belegzellen produzieren außerdem den Intrinsic-Faktor, der für die Vitamin-B12-Resorption im Ileum wichtig ist. Die Magenperistaltik durchmischt den Speisebrei zum Chymus und befördert ihn durch den Pförtner (M. sphincter pylori) in den Zwölffingerdarm, wenn dieser entspannt ist.

Aufschluss und Aufnahme im Dünndarm

Die Verdauungs- und Aufnahmevorgänge beginnen im Duodenum (Zwölffingerdarm) und enden im Ileum (Krummdarm). Im Duodenum wird die Magensäure durch Hydrogencarbonat-Puffer neutralisiert. Der Speisebrei wird außerdem mit Galle und Bauchspeicheldrüsensekret vermischt; hier wird der Aufschluss der Nahrungsbestandteile abgeschlossen.

Bei den Kohlenhydraten wird die durch Ptyalin begonnene Spaltung fortgesetzt. Lactase, Sucrase und Maltase zerlegen die Zwischenprodukte in Glucose, Fructose, Galactose und Mannose. Diese Zucker werden über einen Na+-Glucose-Symport in die Zellen der Darmschleimhaut aufgenommen.

Vorverdaute Proteine liegen als Poly-, Di- und Tripeptide vor. Peptidasen, vor allem Trypsin, Chymotrypsin und Carboxypeptidasen, spalten sie in Aminosäuren. Diese gelangen über einen Na+-Aminosäure-Symport in die Zellen. 90 % der Di- und Tripeptide werden über spezielle Transportmechanismen direkt in die Zellen geschleust und dort durch eine cytoplasmatische Peptidase in Aminosäuren zerlegt.

Fette liegen zunächst als Fetttröpfchen vor. Lecithin und Gallensäuren bilden daraus eine Fettemulsion, die als primäre Mizellen bezeichnet wird. Pankreaslipase und gallensalz-aktivierte Lipase spalten die Fette in freie Fettsäuren und 2-Monoglycerid. Gallensäuresalze bilden anschließend sekundäre Mizellen, in denen das 2-Monoglycerid eingeschlossen ist. Diese Mizellen diffundieren passiv in die lipophile Darmschleimhaut; 90 % der Gallensäuresalze werden später im Ileum wieder aufgenommen.

Im Dünndarm werden außerdem etwa 80 % des Wassers entzogen, das mit der Nahrung aufgenommen oder vom Körper durch Sekretion abgegeben wurde. Das entspricht täglich ungefähr 9 Litern: 2 Liter stammen aus der Nahrung und 7 Liter aus Verdauungssekreten. Im Zusammenhang mit der Salzaufnahme gelangen Salze passiv dem Konzentrationsgefälle folgend in die Zellzwischenräume. Kaliumkanäle und Natrium-Kalium-Pumpen halten die Natrium- und Kaliumkonzentrationen in den Zellen gleichmäßig. Wasser folgt dem osmotischen Druck und gelangt schließlich in den Blutstrom. Die zerlegten Bausteine von Kohlenhydraten, Fetten und Proteinen werden über die Dünndarmzotten in Blut und Lymphe resorbiert. Dadurch wird der größte Teil der energiereichen Stoffe für den Organismus bereitgestellt.

Dickdarm, Ausscheidung und Dauer

Im Dickdarm (Intestinum crassum) werden weitere 19 % des im Speisebrei verbliebenen Wassers resorbiert. Stoffe, die weder von den Verdauungsenzymen des Dünndarms noch von Mikroorganismen im Dickdarm fermentiert werden können, werden über das Rektum unverändert ausgeschieden. Im Mastdarm findet keine Verdauung mehr statt; dem Stuhl, medizinisch Fäzes, wird jedoch noch Flüssigkeit entzogen, bevor er über den Anus ausgeschieden wird.

Der Druck im menschlichen Enddarm liegt zwischen 67 hPa in Ruhe und über 133 hPa bei extremem Pressen. Bei Pinguinen wurden bis zu 600 hPa, also etwa eine halbe Atmosphäre, gemessen.

Die Dauer der Verdauung hängt von der Zusammensetzung der Nahrung ab, unter anderem vom Anteil der Kohlenhydrate und Fette. Die im Artikel genannten Zeiten sind:

Mund: Entleerungszeit 10–15 Sekunden. Speiseröhre: 1–10 Sekunden, Verweildauer etwa 10 Sekunden. Magen: Entleerungszeit 0,5–6 Stunden, Verweildauer 4–6 Stunden. Dünndarm: Entleerungszeit 7–9 Stunden, Verweildauer etwa 6 Stunden. Dickdarm: Entleerungszeit 25–30 Stunden, Verweildauer 6–8 Stunden. Mastdarm: Entleerungszeit 30–120 Stunden, Verweildauer etwa 6 Stunden.

Während des Schlafs wird die Verdauung nach dem Artikel besonders durch das Hormonsystem Somatotropin unterstützt, was zu einer schnelleren Aufnahme von Nährstoffen führt.

Historische und bildhafte Bedeutungen

In der mittelalterlichen Physiologie nach der antiken Humoralpathologie stellte man sich den Magen als eine Art Kochtopf über der heißen Leber vor. Die Hitze der Leber und die Wärme des Herzens sollten feste Nahrungsbestandteile in einen bierähnlichen Saft umwandeln. In der Lehre von den drei Digestionen, die unter anderem bei Isaak ben Salomon Israeli und in der Digestionslehre des Galenos vorkommt, entstand in der ersten Digestion (digestio prima) im Magendarmkanal der Chymus oder Chylus. Er gelangte über das Pfortadersystem zur Leber; nachdem die Milz Verunreinigungen aufgenommen hatte, sollte daraus Schwarze Galle werden. In der zweiten Digestion (digestio secunda) wurde der Chylus unter dem Einfluss des Pneumas in die vier Kardinalsäfte Schwarze Galle, Gelbe Galle, Schleim und Blut umgewandelt. Ein Teil des Blutes wurde im rechten Herzen durch die eingepflanzte Wärme (calor innatus) gereinigt; Rückstände wurden zur Lunge geleitet und ausgeatmet. In der dritten Digestion (digestio tertia) sollten in Organen und Geweben aus Blut die geformten Körpergebilde entstehen. Als Abfallprodukte galten Kot, Harn und Schweiß.

In der Alchemie bezeichnete Digestion eine langsame Umwandlung und gegenseitige Durchdringung von Zutaten bei mäßiger Wärme, etwa bei der Herstellung pharmazeutischer oder alchemistischer Präparate.

Redewendungen wie „daran habe ich noch lange herumgekaut“, „das muss ich erst hinunterschlucken“ oder „das liegt mir schwer im Magen“ übertragen die Verarbeitung von Gefühlen, Stress und Problemen auf den Verdauungsapparat. Medizinisch ist weitgehend anerkannt, dass seelische Belastungen die Verdauung stören können. Reizmagen und Reizdarmsyndrom gehören zu den häufigsten Verdauungsstörungen in industrialisierten Ländern. Rund 25 Prozent der Bevölkerung haben mindestens einmal im Leben damit zu tun. Ein Reizmagen wird meist diagnostiziert, wenn keine organische Störung gefunden wurde. Stress kann unter anderem Übelkeit, Sodbrennen, Durchfall oder Verstopfung auslösen.