Digestión y Absorción de Nutrientes en el Sistema Digestivo Humano

Estructura del Sistema Digestivo

La parte del cuerpo humano que se utiliza para la digestión puede describirse como un tubo por donde pasa el alimento desde la boca hasta el ano. La función del sistema digestivo es descomponer la diversa mezcla de grandes compuestos de carbono de los alimentos para producir iones y compuestos más pequeños que pueden ser absorbidos. La digestión de las proteínas, lípidos y polisacáridos se lleva a cabo en varias etapas que tienen lugar en diferentes partes del tracto digestivo. En la digestión se necesitan surfactantes para romper las gotas lipídicas y enzimas para catalizar las reacciones. Las células glandulares del revestimiento del estómago y los intestinos producen algunas de estas enzimas. Los surfactantes y las otras enzimas los secretan glándulas accesorias que tienen conductos conectados al sistema digestivo. La absorción controlada de los nutrientes que se liberan en la digestión tiene lugar en el intestino delgado y el colon, pero algunas moléculas pequeñas, especialmente el alcohol, se difunden a través del revestimiento del estómago antes de llegar al intestino delgado.

Estructura de la Pared del Intestino Delgado

La pared del intestino delgado está compuesta de capas de tejidos vivos que generalmente son muy fáciles de distinguir en secciones de la pared. Desde el exterior de la pared hacia el interior hay cuatro capas:

• Serosa: una capa externa.
• Capas musculares: músculos longitudinales y, en su interior, músculos circulares.
• Submucosa: una capa de tejido que contiene vasos sanguíneos y linfáticos.
• Mucosa: el revestimiento del intestino delgado, con el epitelio que absorbe los nutrientes en su superficie interna.

Peristaltismo

Los músculos circulares y longitudinales de la pared del tracto digestivo son músculos lisos, no estriados, que se componen de células relativamente cortas y no de fibras alargadas. Suelen ejercer una fuerza moderada continua, intercalada con períodos cortos de contracción más intensa, en lugar de permanecer relajados hasta ser estimulados a contraerse. Las ondas de contracción de los músculos, lo que se denomina peristaltismo, recorren el intestino. La contracción de los músculos circulares tras el paso del alimento estrecha el tracto digestivo para impedir que dicho alimento retorne a la boca. La contracción de los músculos longitudinales donde se encuentra el alimento lo desplaza a lo largo del tracto digestivo. Las contracciones son controladas inconscientemente no por el cerebro, sino por el sistema nervioso entérico, que es vasto y complejo. Una onda peristáltica continua desplaza rápidamente el alimento ingerido a lo largo del esófago hasta el estómago. El movimiento peristáltico tiene lugar solamente en una dirección, alejándose de la boca. Para devolver el alimento a la boca desde el estómago durante el vómito se utilizan músculos abdominales en lugar de los músculos circulares y longitudinales de la pared del tracto digestivo. En los intestinos el alimento se desplaza solo unos centímetros cada vez. Así, la progresión general a lo largo del intestino es mucho más lenta, lo que da tiempo para la digestión. La función principal del peristaltismo en el intestino es revolver el alimento semidigerido para mezclarlo con las enzimas y así acelerar el proceso de digestión.

Jugo Pancreático

El páncreas contiene dos tipos de tejido glandular. Pequeños grupos de células secretan las hormonas insulina y glucagón a la sangre. El resto del páncreas sintetiza y secreta enzimas digestivas al tracto digestivo en respuesta a la ingestión de comida. Estos procesos tienen lugar por la mediación del sistema nervioso entérico y de hormonas sintetizadas y secretadas por el estómago. La figura 4 muestra la estructura del tejido: pequeños grupos de células glandulares se agrupan alrededor de los extremos de unos tubos llamados conductos, a los que secretan las enzimas. Las enzimas digestivas se sintetizan en los ribosomas del retículo endoplasmático rugoso de las células glandulares pancreáticas, y son después procesadas en el aparato de Golgi y secretadas por exocitosis. Los conductos dentro del páncreas se fusionan, creando conductos mayores hasta formar finalmente un conducto pancreático a través del cual se secreta aproximadamente un litro de jugo pancreático diario al lumen del intestino delgado. El jugo pancreático contiene enzimas que digieren los tres tipos principales de macromoléculas que se encuentran en los alimentos:

• Amilasas para digerir el almidón.
• Lipasas para digerir triglicéridos y fosfolípidos.
• Proteasas para digerir proteínas y péptidos.

Digestión en el Intestino Delgado

Las enzimas que secreta el páncreas al lumen del intestino delgado realizan las siguientes reacciones hidrolíticas:

• La amilasa digiere el almidón en forma de maltosa.
• La lipasa digiere los triglicéridos en forma de ácidos grasos y glicerol o en forma de ácidos grasos y monoglicéridos.
• La fosfolipasa digiere los fosfolípidos en forma de ácidos grasos, glicerol y fosfato.
• La proteasa digiere las proteínas y los polipéptidos en forma de péptidos más cortos.

Con esto no termina el proceso de digestión en moléculas suficientemente pequeñas como para ser absorbidas. La pared del intestino delgado produce una variedad de otras enzimas que digieren más sustancias. Algunas enzimas producidas por las células glandulares de la pared del intestino pueden ser secretadas en el jugo intestinal, pero la mayoría quedan inmovilizadas en la membrana plasmática de las células del epitelio que revisten el intestino. Allí están activas, y lo siguen estando cuando las células del epitelio se separan del revestimiento para mezclarse con el alimento semidigerido.

• Las nucleasas digieren el ADN y el ARN en forma de nucleótidos.
• La maltasa digiere la maltosa en forma de glucosa.
• La lactasa digiere la lactosa en forma de glucosa y galactosa.
• La sacarasa digiere la sacarosa en forma de glucosa y fructosa.
• Las exopeptidasas son proteasas que digieren los péptidos quitando aminoácidos del terminal carboxilo o del terminal amino de la cadena hasta que queda solo un dipéptido.
• Las dipeptidasas digieren los dipéptidos en forma de aminoácidos.

Dada la gran longitud del intestino delgado, los alimentos tardan horas en recorrerlo, lo que da tiempo para completar la digestión de la mayoría de las macromoléculas. Algunas sustancias quedan en gran parte sin digerir porque los seres humanos no sintetizan las enzimas necesarias. La celulosa, por ejemplo, no se digiere y pasa al intestino grueso como uno de los componentes principales de la fibra alimentaria.

Las Vellosidades y la Superficie para la Digestión

El proceso de introducir sustancias en las células y en la sangre se denomina absorción. En el sistema digestivo humano los nutrientes se absorben principalmente en el intestino delgado. La tasa de absorción depende de la superficie del epitelio que lleva a cabo el proceso. El intestino delgado en adultos mide aproximadamente 7 m de largo y 25–30 mm de ancho y cuenta con pliegues en su superficie interna, por lo que su superficie es muy grande y, además, se ve incrementada por la presencia de vellosidades. Las vellosidades son pequeñas proyecciones de la mucosa con forma de dedos en el interior de la pared del intestino. Miden entre 0,5 y 1,5 mm de largo y puede haber hasta 40 por milímetro cuadrado de la pared del intestino delgado. Estas vellosidades multiplican la superficie por 10 aproximadamente.

Absorción de las Vellosidades

El epitelio que cubre las vellosidades debe servir de barrera frente a las sustancias nocivas y, al mismo tiempo, debe ser lo suficientemente permeable para que los nutrientes útiles puedan atravesarlo. Las células de las vellosidades absorben los siguientes productos de la digestión de macromoléculas de los alimentos:

• Glucosa, fructosa, galactosa y otros monosacáridos.
• Cualquiera de los veinte aminoácidos utilizados para fabricar las proteínas.
• Ácidos grasos, monoglicéridos y glicerol.
• Bases de la digestión de nucleótidos.

También absorben sustancias que están presentes en los alimentos y el organismo necesita, pero que no requieren digestión:

• Iones minerales, como el calcio, el potasio y el sodio.
• Vitaminas, como el ácido ascórbico (vitamina C).

Algunas sustancias nocivas atraviesan el epitelio y son después eliminadas de la sangre y desintoxicadas por el hígado. También se absorben algunas sustancias inofensivas pero no deseadas, como muchas de las que dan color y sabor a los alimentos; estas sustancias se eliminan en la orina. Un pequeño número de bacterias pasan a través del epitelio, pero son rápidamente eliminadas de la sangre por las células fagocíticas del hígado.

Métodos de Absorción

Para que el cuerpo pueda absorber los nutrientes, estos deben pasar del lumen del intestino delgado a los capilares o lacteales de las vellosidades. Primero, las células del epitelio deben absorberlos a través de la parte expuesta de la membrana plasmática cuya superficie está ampliada por microvellosidades. Después, los nutrientes deben salir de estas células a través de la parte de la membrana plasmática que mira hacia dentro, hacia el lacteal y los capilares sanguíneos de la vellosidad.

Existen muchos mecanismos diferentes para introducir los nutrientes en las células del epitelio de la vellosidad y después expulsarlos: difusión simple, difusión facilitada, transporte activo y exocitosis. Estos métodos pueden ilustrarse mediante dos ejemplos diferentes de absorción: los triglicéridos y la glucosa.

• Los triglicéridos deben ser digeridos para poder ser absorbidos. Los productos de su digestión son ácidos grasos y monoglicéridos, que las células del epitelio de la vellosidad pueden absorber por difusión simple, ya que pueden pasar entre los fosfolípidos de la membrana plasmática.
• Los ácidos grasos también se absorben por difusión facilitada ya que hay transportadores de ácidos grasos, que son proteínas en la membrana de las microvellosidades.
• Una vez dentro de las células del epitelio, los ácidos grasos se combinan con monoglicéridos para producir triglicéridos, que no pueden volver a difundirse hacia el lumen.
• Los triglicéridos se unen al colesterol para formar gotas con un diámetro de unos 0,2 µm; estas gotas se revisten de fosfolípidos y proteínas.
• Estas partículas de lipoproteínas se liberan por exocitosis a través de la parte interior de la membrana plasmática de las células del epitelio de la vellosidad. Después entran en el lacteal y son transportadas por la linfa, o bien entran en los capilares sanguíneos de las vellosidades.
• La glucosa no puede pasar a través de la membrana plasmática por difusión simple porque es polar y, por lo tanto, hidrofílica.
• Las bombas de sodio–potasio en la parte interior de la membrana plasmática bombean los iones de sodio por transporte activo desde el citoplasma a los espacios intersticiales dentro de la vellosidad, y bombean los iones de potasio en la dirección opuesta. Esto resulta en una baja concentración de iones de sodio en las células del epitelio de la vellosidad.
• Las proteínas que cotransportan sodio y glucosa en las microvellosidades transfieren un ion de sodio y una molécula de glucosa juntos desde el lumen intestinal al citoplasma de las células del epitelio. Esta difusión facilitada es pasiva, pero depende del gradiente de concentración de iones de sodio creado por el transporte activo.
• Los canales de glucosa permiten mover la glucosa por difusión facilitada desde el citoplasma hasta los espacios intersticiales dentro de la vellosidad, y después hasta los capilares sanguíneos de la vellosidad.

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