Transformarea deșeurilor în digestia celulozei alimentare; Dartmouth Undergraduate Journal of Science
Introducere
Fibrele constituie un element esențial în dieta umană. S-a demonstrat că previne absorbția colesterolului și bolile de inimă și ajută la controlul diabetului (1). Institutul de Medicină al Academiei Naționale de Științe recomandă masculului adult să consume cel puțin 38 de grame de fibre solubile pe zi - singurul tip de fibre pe care oamenii îl pot digera (1). Celălalt tip de fibre mai abundente, fibre insolubile, trece prin sistemul digestiv uman practic intact și nu oferă nicio valoare nutritivă.
Ce se întâmplă dacă oamenii ar putea digera fibrele? Celuloza, principalul tip de fibre insolubile din dieta umană, reprezintă, de asemenea, cel mai abundent compus organic de pe Pământ (2). Aproape fiecare plantă are pereți celulari din celuloză, care constă din mii de unități de glucoză care alternează structural (Fig. 1). Această configurație conferă celulozei puterea sa, dar o împiedică să interacționeze cu enzimele umane. Celuloza conține la fel de multă energie ca amidonul, deoarece ambele molecule constau din subunități de glucoză. Este posibilă utilizarea acelei energii numai prin arderea lemnului și a altor materiale de celuloză. Cu toate acestea, dacă acea energie ar fi disponibilă din punct de vedere fiziologic, oamenii ar putea reduce consumul de alimente și ar produce mult mai puține deșeuri digestive decât fac în prezent.
Figura 1: Structura celulozei
Sistemul digestiv uman
Fără a lua în considerare digestia celulozei, digestia umană este încă un proces foarte eficient (Fig. 2). Chiar înainte ca alimentele să intre în gură, glandele salive încep automat să secrete enzime și lubrifianți pentru a începe procesul digestiv. Amilaza descompune amidonul din gură în zaharuri simple, iar dinții macină mâncarea în bucăți mai mici pentru o digestie suplimentară. După înghițirea alimentelor, acidul clorhidric și diferite enzime lucrează asupra alimentelor din stomac timp de două până la patru ore. În acest timp, stomacul absoarbe glucoza, alte zaharuri simple, aminoacizi și unele substanțe liposolubile (3).
Figura 2: Organele sistemului digestiv uman.
Amestecul de alimente și enzime, numit chim, se mută apoi în intestinul subțire unde rămâne pentru următoarele trei până la șase ore. În intestinul subțire, sucurile pancreatice și secrețiile hepatice digeră proteinele, grăsimile și carbohidrații complecși. Cea mai mare parte a nutriției din alimente este absorbită în timpul călătoriei sale prin peste șapte picioare de intestine subțiri. Apoi, intestinul gros absorb apa reziduală și electroliții și stochează restul de materii fecale.
Deși sistemul digestiv uman este destul de eficient, există discrepanțe între populația umană cu privire la ceea ce indivizii pot sau nu pot digera. De exemplu, aproximativ șaptezeci la sută dintre oameni nu pot digera lactoza în lapte și alte produse lactate, deoarece corpurile lor au pierdut treptat capacitatea de a produce lactază (4). Oamenii pot suferi, de asemenea, de alte deficiențe de enzime sau hormoni care afectează digestia și absorbția, cum ar fi diabetul.
Studiile comparative arată că sistemul digestiv uman este mult mai apropiat de cel al erbivorelor decât de carnivorele. Oamenii au dinții scurți și tociti ai erbivorelor și intestinele relativ lungi - de aproximativ zece ori lungimea corpului lor. Colonul uman demonstrează, de asemenea, structura învelită specifică erbivorelor (5). Cu toate acestea, gura, stomacul și ficatul uman pot secreta enzime pentru a digera aproape orice tip de zahăr, cu excepția celulozei, care este esențială pentru supraviețuirea unui erbivor.
În cazul intoleranței la lactoză, suplimentele de lactază pot remedia cu ușurință deficiența, deci ceea ce corectează incapacitatea de a digera celuloza?
Rumegătoare și termite
Rumegătoarele-animale, cum ar fi bovine, capre, oi, bizoni, bivoli, căprioare și antilope - regurgitează ceea ce mănâncă sub formă de cud și le mestecă din nou pentru digestie suplimentară (6). Intestinele rumegătoarelor sunt foarte asemănătoare cu intestinele umane sub forma și funcția lor (Fig. 3). Cheia digestiei specializate a rumegătoarelor se află în rumen. Rumegătoarele, ca și oamenii, secretă, de asemenea, saliva ca pas principal în digestie, dar spre deosebire de oameni, înghit mâncarea mai întâi doar pentru a o regurgita mai târziu pentru a mesteca. Rumegătoarele au stomacuri cu mai multe camere, iar particulele alimentare trebuie făcute suficient de mici pentru a trece prin camera reticulului în camera rumenei. În interiorul rumenului, bacterii speciale și protozoare secretă enzimele necesare pentru descompunerea diferitelor forme de celuloză pentru digestie și absorbție.