소화와 흡수

1. 소화기계

 소화관은 구강에서부터 시작하여 인두, 식도, 위, 소장, 대장 및 직장을 거쳐 항문까지 총 7~8m에 이르는 튜브 형태의 탄력성 있는 근육 층으로 구성되어 있다. 그 외 부속기관으로 치아, 혀, 담낭이 있고 타액선, 간, 췌장의 소화선들은 타액, 담즙, 췌액 및 소화효소 등을 생산 분비하여 소화와 흡수를 돕는다. 영양소는 소화관 튜브의 관강에서 소화 용해된 후 소화관 벽의 점막을 구성하는 상피세포 내로 이동하여 흡수된다. 

소화기계

 

2. 소화관의 운동 및 관련 호르몬

① 소화관 운동

소화관의 운동은 크게 연동운동과 분절운동으로 나뉜다

연동운동 : 소화관 벽 근육의 수축과 이완에 의한 파동으로 음식물이 위에서 아래로 이동하는 운동으로서 음식물이 인두로 들어가는 순간부터 반사적으로 일어난다.

분절운동 : 장관의 환상 근육이 수축해서 소화물이 잘개 부서지고 섞이도록 하는 운동이다.

 

소화관 운동

 

② 소화관 운동의 관련 호르몬

 호르몬계는 소화액 분비와 소화관 운동을 자극하거나 억제하면서 소화기계의 작용을 조절한다.

호르몬	분비 자극물	분비 장소	작용
가스트린	위의 유문부에 단백질 접촉, 그 외 카페인·향신료·알코올 등 자극적 성분 접촉	위의 유문부	HCL 분비, 펩시노겐, 생성 자극 → 단백질의 소화 촉진
세크레틴	위의 산성 유미즙이 십이지장 벽에 접촉	소장	췌액 중탄산염 분비 자극 → 십이지장으로 넘어 온 산성 유미즙 중화
콜레시스토키닌	유미즙의 지방과 단백질이 십이지장 벽에 접촉	소장	- 담낭 수축, 담즙분비 촉진 - 췌장의 소화효소 분비 촉진 - 위 운동 억제

 

3. 소화과정

 소화는 저작 및 소화관의 물리적 운동에 의한 기계적 소화와 소화효소에 의한 화학적 소화가 있다.

① 구강에서의 소화

 치아의 저작운동으로 음식물이 잘게 부수어지고 동시에 타액이 분비(세 군데의 타액선으로부터 하루 1.5L 분비)되어 음식물을 적심으로써 삼키기 쉬운 부드러운 상태로 만든다. 타액에 함유된 전분가수분해효소인 아밀레이즈는 전분을 전분텍스트린으로 분해한다. 그러나 저작기간이 길어지면 전분은 맥아당으로 분해되기도 하나, 대부분은 저작시간이 짧으므로 전분으로 남아있거나 전분텍스트린 형태로 가수분해된다. 그 후 구강의 뒤쪽으로 보내 삼키는 연하과정을 통해 음식물은 식도로 들어오고, 식도의 연동운동에 의해 빠르게 위로 넘어간다. 

 

② 위에서의 소화

 위의 구조

 위는 세 개의 단단한 근육층으로 구성되어 있으며, 각 근육 층이 서로 다른 방향으로 엇갈려 위의 탄력성을 강하게 한다. 위는 세부분으로서 식도하부 괄약근 아래의 분문부와 그 아래의 위저부, 그리고 십이지장으로 통하는 유문을 포함한 유문부로 구성된다. 식도하부의 괄약근(조임근육)은 위 내용물이 위로부터 식도로 역류하는 것을 방지하고, 유문 괄약근은 십이지장으로부터 소화 내용물이 위로 역류하는 것을 막아준다.

 위에는 세 종류의 위선이 있다. 위저부에는 위산과 펩시노겐을 분비하는 위저선이 있고, 분문부에는 강산으로부터 위점막을 보호하기 위한 점액을 분비하는 분문선이 있으며, 유문부에는 위액분비를 촉진하는 호르몬인 가스트린을 분비하는 유문선이 있다. 

위의 구조

 

위에서의 소화

 위액은 하루에 2~2.5L 분비되는데 위산(HCL, pH 1.5~2.0), 펩시노젠 뮤신, 수분 등으로 구성된다. 음식물이 식도를 따라 위에 도달하면 분문 괄약근이 열리면서 위내부로 음식물이 유입된다. 이 때 가스트린 호르몬이 분비되고, 가스트린은 위벽세포를 자극하여 위액분비를 촉진한다. 

 위산은 불활성형의 펩시노젠을 활성형인 펩신으로 전환하며, 펩신은 단백질 가수분해 효소로서 일부 단백질을 소화한다. 위의 근육 층의 수축에 의한 기계적 소화와 펩신에 의한 화학적 소화를 통해 위의 내용물은 고운 죽 상태인 유미즙이 된 후 유문괄약근이 1분당 약 3회씩 열리면서 소량씩 십이지장으로 나간다. 그 후 유문 괄약근은 닫히고 십이지장으로 나간 유미즙이 위의 하단부로 역류되는 것을 막는다. 음식물의 위내 체류시간은 1~4시간 정도로 당질이 위를 가장 빨리 비우고 다음이 단백질, 지방 순이다. 

 

③ 소장에서의 소화

소장의 구조

 소장의 길이는 6~7m로서 위와 연결된 상단부에서부터 시작하여 크게 십이지장, 공장, 회장의 세 부분으로 구분된다. 십이지장과 공장에서는 대부분의 소화와 흡수가 이루어지고 회장에서는 소화가 거의 일어나지 않고 영양소의 흡수가 이루어진다. 

 소장벽은 깊고 영구적인 윤상주름들이 있고 윤상주름은 손가락 모양의 융모로 덮여 있다. 융모의 표면을 덮고 있는 상피세포는 소화가 완료된 영양소를 흡수하는 세포이고 이 세포의 표면에는 미세융모가 돌출되어 있다. 영양소가 주로 흡수되는 소장은 그 흡수면적이 윤상주름, 융모, 미세융모로 구성된 소장벽 구조로 인하여 총 200㎡로서 겉보기 표면적의 600배나 증가되어 인체가 필요로 하는 충분한 양의 영양소를 흡수할 수 있다. 융모의 내부에는 모세혈관과 림프관이 있어서 융모의 상피세포를 통해 흡수된 영양소가 순환계로 곧바로 흡수될 수 있도록 구성되어 있다.  

소장내 융모의 구조

 

소장에서의 소화

 효소에 의한 화학적 소화는 소장에서 본격적으로 진행된다. 산성의 유미즙이 십이지장에 들어오면 세크레틴 호르몬의 분비로 알칼리성의 중탄산염을 함유한 췌액(pH 8~9) 분비가 촉진된다. 또한 십이지장선에서 알칼리성 장액도 분비되어 유미즙을 중화함으로써 십이지장 벽을 보호하고 소화효소들의 적정 pH를 맞춘다.

 지질과 단백질이 십이지장에 들어오면 콜레시스토키닌 호르몬의 분비로 담낭으로부터 담즙이 분비되어 지질의 유화를 돕고, 췌장으로부터 당질·지질·단백질을 분해하는 효소들이 분비되어 본격적인 소화가 이루어진다.

 음식물은 소장 내에 약 3~10시간 머물면서 매 4~5초 간격으로 수축하고 이완하는 소장의 연동작용을 통해 소장을 따라 아래로 이동한다. 

영양소의 소화과정

 

④ 대장에서의 흡수

 대장은 회장과 맹장 사이의 괄약근에서부터 항문까지이며 맹장, 상행결장, 횡행결장, 하행결장, S상 결장, 직장으로 구성되며 항문으로 이어진다. 소장에서 소화 흡수되지 않은 성부들은 대장의 연동운동과 분절운동을 통해 섞이고, 주로 맹장에서 박테리아의 작용으로 발효 또는 부패되어 가스 및 유기산이 생성된다. 대장 벽에는 융모가 없어서 효과적인 흡수는 이루어지지 않지만 수분과 전해질, 그리고 대장 내 박테리아에 의해 합성된 일부 비타민(판토텐산, 비오틴, 비타민 K 등)과 짧은 사실 지방산은 흡수된다. 

 

4. 영양소의 흡수와 운반

① 영양소의 흡수부위

 구강이나 식도에서는 영양소의 흡수는 없고 위에서는 수분과 소량의 알코올이 일부 흡수되며 대부분의 영양소는 소장에서 주로 흡수된다. 영양소는 그 종류에 따라 흡수부위에 차이가 있으며 흡수기전도 다르다. 

 소장의 흡수 능력은 신체의 영양상태에 따라 적응력을 보인다. 예를 들어 체내의 칼슘 보유량이 적으면 장에서의 칼슘 흡수율은 증가되고, 체내 칼슘이 충분한 양일때에는 소장의 칼슘 흡수율은 저하된다. 

 

② 흡수기전

 소장 융모의 상피세포에서 이루어지는 영양소의 흡수는 단순확산, 촉진확산, 능동수송의 기전에 의한다.

단순확산

 영양소 농도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 이동하는 것으로 영양소 농도가 높은 소장 관강(점막 상피세포 밖)으로부터 영양소 농도가 낮은 상피세포 내부로 영양소가 이동하는 흡수기전이다. 즉, 상피세포 안팎의 농도 기울기에 의한 흡수로서 지질, 수용성·지용성 비타민, 대부분의 무기질의 흡수가 이에 해당된다.

촉진확산

 융모의 상피세포 안팎의 농도 기울기에 의한 흡수로서 단순확산과 비슷하지만, 세포막에 흡수를 도와주는 여러 가지 운반체가 있어서 흡수속도는 단순확산보다 빠르다. 단당류 가운데 과당의 흡수가 이에 해당된다.

능동수송

 인체에 필요에 따라 융모의 상피세포 안팎의 영양소 농도 기울기와는 역행하여 농도가 낮은 소장 관강으로부터 농도가 높은 상피세포 내부로 영양소가 이동하는 흡수기전이다. 촉진확산처럼 세포막에 흡수를 도와주는 여러 가지 운반체가 있고, 영양소의 농도가 낮은 쪽에서 높은 쪽으로 이동하므로 에너지(ATP)가 필요하다. 포도당, 갈락토오스, 아미노산, 칼슘, 철, 비타민 B12의 흡수가 이에 해당된다. 

 

③ 순환계를 통한 운반

 문맥 순환 : 수용성 영양소들은 융모의 상피세포를 통과하여 융모 내의 모세혈관으로 들어가 문맥을 통해 간으로 간다. 

림프관 순환 : 지용성 영양소들은 융모 내 림프관을 통해 흉관으로 들어가 대정맥을 통해 결국 혈류에 합류한다.