Sindirim sistemi, besinlerin vücut hücreleri tarafından kullanılabilir hale getirilmesi sürecini yöneten karmaşık bir yapıdır. Bu sistem, ağız boşluğundan başlayıp anüse kadar uzanan kesintisiz bir sindirim kanalı ve bu kanala salgılarını boşaltan yardımcı organlardan oluşur. Sindirim kanalından enine bir kesit alındığında, içteki boşluk olan lümenden dışarıya doğru sırasıyla mukoza, alt mukoza, kas (muskularis) ve seroza olmak üzere dört temel tabakadan oluştuğu görülür. Her bir tabaka, sindirim ve emilim süreçlerinin sağlıklı bir şekilde yürütülebilmesi için özelleşmiş hücresel ve dokusal bileşenlere sahiptir.
Mukoza tabakası, lümenle doğrudan temas halinde olan en içteki koruyucu ve işlevsel tabakadır. Bu tabaka kendi içinde tek sıra epitel hücrelerinden oluşan mukoza hücreleri, gevşek ve elastik bir bağ dokusu olan lamina propria ve mukozadaki katlanmaları oluşturan düz kas liflerinden ibaret muskularis mukoza olmak üzere üç alt katmana ayrılır. Alt mukoza tabakası ise elastik bağ dokusundan zengin olup, büyük kan damarlarını, bazı salgı bezlerini ve enterik sinir sisteminin bir parçası olan altmukoza sinir ağını (Meissner pleksusu) barındırır.
Kas tabakası (muskularis), sindirim kanalının mekanik hareketlerinden sorumlu olan iki sıra düz kas katmanından oluşur. Dış sırada yer alan uzunlamasına (boylamasına) kaslar, peristaltik kasılmalarla kanal içeriğini ileriye doğru iterken; iç sırada yer alan çevresel (dairesel/halka) kaslar, segmentasyon tipi kasılmalarla içeriği karıştırır ve döndürür. Bu düz kaslar tek birimli (üniter) düz kas türü olup, yaklaşık 200-300 hücrenin bir arada tek bir birim gibi kasılmasını sağlar. En dışta yer alan seroza tabakası ise bağ dokudan yapılmış olup, sindirim kanalını karın boşluğu içine bağlar ve korur.
Sindirim kanalındaki hareketler, besinlerin mekanik olarak parçalanmasını, salgılarla karıştırılmasını, emilim yüzeylerine yaklaştırılmasını ve anüse doğru ilerletilmesini sağlar. Bu hareketler büyük oranda isteğimiz dışında gerçekleştiğinden düz kaslar, enterik sinir sistemi, otonom sinir sistemi ve çeşitli hormonlar tarafından kontrol edilir. Ancak ağız, yutak, yemek borusunun üst kısmı ve anüste çizgili kaslar bulunur; bu bölgelerdeki kas hareketleri isteğe bağlı olarak denetlenebilir.
Sindirim sisteminin düz kaslarında ritmik elektriksel değişmeler (fazik dalgalar) meydana gelir. Bu elektriksel dalgalanmalar yavaş, hızlı ve tonik kasılmalar olmak üzere üç sınıfta incelenir. Yavaş ve hızlı dalgalar, karıştırıcı (segmentasyon) ve ilerletici (peristaltik) kasılmaları tetikler. Bu kasılmaların sıklığı sindirim kanalının farklı bölgelerinde değişkenlik gösterir; dakikada midede 3, on iki parmak bağırsağında (duodenum) 12 ve ileumda 8-9 adet kasılma gerçekleşir. Bu hız farkı, her bölgenin sindirim ve emilim için ihtiyaç duyduğu sürenin farklı olmasından kaynaklanır.
Tonik kasılmalar ise sfinkter adı verilen ve sindirim kanalının geçiş noktalarında yer alan kapılarda sürekli bir büzülme durumu yaratır. Bu kapılar yemek borusu başlangıcında, mide girişinde (kardiya), mide çıkışında (pilor), ince ve kalın bağırsak birleşiminde (ileoçekal kapı) ve anüste bulunur. Sfinkterler normal şartlarda devamlı kapalı tutularak içeriğin kontrolsüz geçişini veya geri kaçışını (reflü) engeller; açılmaları ise sadece gerektiğinde sinirsel ve hormonal uyarılar sayesinde gerçekleşir.
Sindirim sistemi, merkezi sinir sisteminden bağımsız çalışabilme yeteneği nedeniyle sıklıkla 'ikinci beyin' olarak adlandırılan enterik sinir sistemine sahiptir. Yaklaşık 500 milyon sinir hücresinden oluşan bu ağ, otonom sinir sistemiyle bağlantılı olsa da bu bağlantı kesildiğinde dahi işlevlerini sürdürebilir. Enterik sinir sistemi iki ana ağdan oluşur: Uzunlamasına ve dairesel kas tabakaları arasında yer alan 'Miyenterik Ağ' (Auerbach pleksusu) kas hareketlerini düzenlerken, altmukoza tabakasında yer alan 'Altmukoza Ağı' (Meissner pleksusu) kan akımını ve salgıları kontrol eder.
Sistem içindeki koordinasyon üç çeşit refleks mekanizmasıyla sağlanır. Birincisi, sadece enterik sistem içinde oluşan yerel salgı ve hareket refleksleridir. İkincisi, bağırsaklardan çıkıp omurga yanındaki gangliyonlara giden ve geri dönen reflekslerdir; bunlara midenin dolmasıyla kolonun boşalmasını tetikleyen 'gastrokolik refleks', bağırsaklardan gelen uyarılarla mide hareketlerini baskılayan 'enterogastrik refleks' ve kolondan gelen uyarılarla ileum içeriğinin geçişini engelleyen 'kolonoileal refleks' örnektir. Üçüncüsü ise bağırsaklardan omuriliğe veya beyin sapına gidip geri dönen dışkılama, mide salgı ve ağrı refleksleridir.
Hormonal düzenlemede ise endokrin hücreler tarafından üretilip portal dolaşıma salınan yirmiden fazla hormon görev alır. 'Gastrin', mide asit salgısını ve hareketlerini artırır. İnce bağırsaktan salgılanan 'Kolesistokinin (CCK)', protein ve yağların gelişiyle tetiklenerek safra ve pankreas salgılarını artırırken mide boşalmasını yavaşlatır. 'Sekretin', asit gelişiyle salgılanarak mide asidini baskılar ve bikarbonat salgısını artırır. 'Gastrik İnhibitör Peptit (GİP)', asit ve mide hareketlerini baskılarken insülin salgısını uyarır. 'Motilin' ise glikoz ve yağların artışıyla salgılanarak kasılmaları artırır ve sistemin boşaltılmasını sağlar.
Sindirim süreci ağızda mekanik ve kimyasal olarak başlar. Ağız boşluğunda bulunan dil, çizgili kas yapısıyla çiğneme, yutma ve konuşmaya yardımcı olurken üzerindeki tat goncalarıyla tat duyusunu alır. Çiğneme, refleks olarak başlayan ancak isteğe bağlı olarak da kontrol edilebilen bir eylemdir. Kesici dişler 25 kg, azı dişleri ise yaklaşık 100 kg kapanma gücü uygulayarak besinleri mekanik olarak parçalar. Bu parçalama, besinlerin yüzey alanını genişleterek enzimlerin etkinliğini artırır ve selüloz gibi sindirilemeyen bitkisel çeperlerin kırılmasını sağlar.
Ağız boşluğuna açılan üç çift ekzokrin tükürük bezi bulunur: Kulak altı (parotid), dil altı (sublingual) ve çene altı (submandibular) bezleri. Günde ortalama 1 litre üretilen tükürüğün %99.5'i sudur; geri kalan kısmını iyonlar, mukus, amilaz (pityalin) ve dil lipazı enzimleri oluşturur. Tükürük, besinleri kayganlaştırarak yutmayı kolaylaştırır, amilaz ile nişasta sindirimini başlatır, bikarbonat içeriğiyle asitleri nötralize eder ve mikroorganizmaları öldürerek ağız sağlığını korur. Tükürük salgısı tamamen otonom sinir sistemi tarafından kontrol edilir; parasempatik uyarı salgıyı artırırken, sempatik uyarı azaltır.
Yutak (farinks), besin ve hava yollarının kesiştiği huni şeklinde bir boşluktur. Yutma sırasında yumuşak damak ve küçük dil yukarı kalkarak genzi kapatır, epiglotis ise soluk borusunun ağzını kapatarak besinlerin solunum yollarına kaçmasını engeller. Yemek borusu (özofagus) ise ortalama 22 cm uzunluğunda olup, besinleri peristaltik hareketlerle mideye iletir. Üst sfinkteri hava girişini önlerken, alt sfinkteri asidik mide içeriğinin yemek borusuna geri kaçmasını (reflü) engeller. Yemek borusunun alt ucundaki kapağın yutma sırasında gevşeyememesi durumuna 'akalazya' denir.
Mide (gaster); kardiya, fundus, gövde ve pilorus olmak üzere dört bölümden oluşur. Boşken küçülen, yemeklerden sonra genişleyen mide, iç yüzeyindeki 'ruga' adı verilen kıvrımlar sayesinde geniş bir yüzey alanına sahiptir. Mide duvarında diğer bölgelerden farklı olarak uzunlamasına, dairesel ve çapraz yerleşimli üç kat düz kas tabakası bulunur. Bu güçlü kas yapısı, midedeki besinleri dakikada 2-3 kez kasılarak adeta bir yayık gibi karıştırır, sulandırır ve mekanik olarak parçalayarak 'kimus' adı verilen ayran kıvamındaki karışıma dönüştürür.
Midedeki kimyasal sindirim sınırlıdır; parietal hücrelerden salgılanan hidroklorik asit (HCl), pepsinojeni aktif pepsin enzimine dönüştürerek proteinlerin kısmi sindirimini başlatır. Mide asidi ayrıca besinlerle gelen mikropları öldürür ve et gibi besinlerin bağ dokusunu yumuşatır. Mide mukoza hücreleri, kendilerini bu güçlü asit ve enzimlerden korumak için 0.2 mm kalınlığında mukus ve bikarbonattan oluşan bir 'mide mukoza engeli' üretir. Bu engelin bozulması gastrit ve ülser gibi hastalıklara yol açar. Mide ayrıca B12 vitamininin emilimi için zorunlu olan 'intrinsek faktör' salgılar.
Mide içeriğinin onikiparmak bağırsağına (duodenum) geçişi (mide boşaltılması) son derece kontrollü bir şekilde gerçekleşir. Duodenumun çapının küçük olması, kimyasal sindirimin yavaş ilerlemesi, asidik kimusun nötralize edilmesi için zamana ihtiyaç duyulması ve hipertonik içeriğin dengelenmesi gerekliliği nedeniyle pilor sfinkteri kimusu yavaş yavaş bağırsağa bırakır. Boşalma hızı besinin türüne göre değişir; sıvılar en hızlı terk ederken, şekerler, proteinler ve en son yağlar mideden ayrılır.
İnce bağırsaklar; onikiparmak bağırsağı (duodenum), boş bağırsak (jejunum) ve kıvrım bağırsak (ileum) olmak üzere üç bölümden oluşan, 6-9 metre uzunluğunda sindirim kanalının en uzun parçasıdır. Kimyasal sindirim ve emilimin neredeyse tamamı burada gerçekleşir. İnce bağırsağın mukoza tabakası plika adı verilen kıvrımlar, vilus adı verilen parmaksı uzantılar ve hücrelerin üzerindeki mikroviluslar (fırçamsı kenar) sayesinde yüzey alanını yaklaşık 600 kat artırır. İnce bağırsak içine günde 2-3 litre alkali (pH 7.6) salgı verilir.
Kalın bağırsaklar ise yaklaşık 2 metre uzunluğunda olup kör bağırsak (çekum), kolon (çıkan, yatay, inen, sigmoid kolon) ve rektum olmak üzere üç ana kısımdan oluşur. İnce bağırsak ile birleşim yerindeki ileoçekal kapı, içeriğin geri kaçmasını önler. Kalın bağırsakta vilus bulunmaz ve kimyasal sindirim gerçekleşmez; buradaki temel işlev su ve elektrolitlerin geri emilmesi, dışkının şekillendirilmesi ve depolanmasıdır. Kolonda vücut hücre sayısı kadar ortak yaşar (bakteri) bulunur; bu bakteriler K ve bazı B vitaminlerini sentezler.
Dışkılama süreci, rektumun dışkıyla dolması ve duvarının gerilmesiyle başlar. Rektum içi basınç 25 mm Hg'ya ulaştığında dışkılama duygusu uyanır, 50 mm Hg'ya ulaştığında ise dışkılama refleksi tetiklenir. Anüs çevresindeki iç sfinkter düz kastan oluşup istem dışı çalışırken, dış sfinkter çizgili kastan oluştuğu için dışkılama isteğe bağlı olarak ertelenebilir. Günde ortalama 60-180 gram dışkı çıkarılır ve bunun büyük kısmı sudan oluşur.
Karaciğer, yaklaşık 1.5 kg ağırlığıyla vücudun en büyük salgı bezidir. Karaciğere oksijen getiren karaciğer atardamarı ile sindirim sisteminden emilen besinleri taşıyan portal toplardamar girer; bu iki damarın kanı karaciğer içindeki sinüzoid adı verilen geniş gözenekli damar göletlerinde karışır. Karaciğer hücreleri (hepatositler) günde 250-1500 ml safra üretir. Safra; su, safra tuzları, kolesterol (miçel), bikarbonat ve bilirubin pigmentinden oluşur. Safra tuzları, yağların mekanik olarak emülsiyon haline getirilmesini sağlayarak sindirimlerini kolaylaştırır.
Safra kesesi (öd kesesi), karaciğerin ürettiği safrayı depolayan ve burada suyu geri emerek safrayı 5-10 kat yoğunlaştıran armut biçimli bir organdır. Yemek sonrasında salgılanan kolesistokinin (CCK) hormonu etkisiyle kasılarak safrayı koledok kanalı aracılığıyla duodenuma boşaltır. Safra kesesinin ameliyatla alınması (kolesistektomi) hayati bir kayba yol açmaz; bu durumda karaciğer safrayı doğrudan duodenuma salgılar.
Pankreas, midenin altında yer alan hem endokrin hem de ekzokrin işlevli karma bir bezdir. Ekzokrin kısmı (pankreas asinusları), günde yaklaşık 1.5 litre alkali pankreas sıvısı üretir. Bu sıvı, mideden gelen asidik kimusu nötralize etmek için bol miktarda bikarbonat ve karbonhidrat, protein, yağ sindiriminden sorumlu enzimleri (amilaz, tripsinojen, kimotripsinojen, lipaz) içerir. Tripsinojen, bağırsaktaki enterokinaz enzimiyle aktif tripsine dönüştürülerek diğer öncü enzimleri aktifleştirir.
Karbonhidratların (şekerlerin) sindirimi ağızda tükürük amilazıyla başlar, duodenuma gelen pankreatik amilazla devam eder ve ince bağırsak fırçamsı kenarındaki enzimlerle (maltaz, laktaz, sukraz) monosakkaritlere (glikoz, galaktoz, fruktoz) dönüştürülerek tamamlanır. Monosakkaritler, sodyum iyonu ile birlikte (kotransport) mukoza hücrelerine alınır ve portal dolaşımla karaciğere taşınır. Laktaz enzimi eksikliğinde süt şekeri sindirilemez; bu durum bağırsakta su çekilmesine, gaza ve ishale (laktoz intoleransı) yol açar.
Yağların sindirimi esas olarak duodenal bölgede pankreatik lipaz ve safra tuzlarının yardımıyla gerçekleşir. Yağ asitleri ve gliserole parçalanan yağlar, miçeller aracılığıyla mukoza hücrelerine sızar. Hücre içinde yeniden trigliserit, kolesterol ve fosfolipitlere birleştirilerek 'şilomikron' adı verilen yağ damlacıklarına dönüştürülürler. Şilomikronlar ekzositozla lenf damarlarına salgılanır ve karaciğere uğramadan doğrudan genel kan dolaşımına katılır.
Proteinlerin sindirimi midede pepsin enzimiyle başlar, ince bağırsakta pankreastan gelen tripsin, kemotripsin ve elastaz gibi enzimlerle devam eder. Amino asitlere kadar parçalanan proteinler sodyum eşliğinde aktif taşımayla emilerek portal kanla karaciğere gönderilir. Vücuda alınan fazla besinler, türü ne olursa olsun enerjiye dönüştürülemez veya depolanamazsa yağa dönüştürülerek adipoz dokuda saklanır. Günlük enerji dengesi, hipotalamustaki açlık ve tokluk merkezleri ile leptin ve grelin gibi hormonlar tarafından hassas bir şekilde düzenlenir.