Bài học

Hấp thụ và vai trò của hệ vi sinh vật đường ruột

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em giải thích được cơ chế ba lớp cấu trúc — nếp gấp niêm mạc, lông ruột, lông cực nhỏ — làm tăng diện tích hấp thụ ở ruột non, và nêu được vai trò của hệ vi sinh vật đường ruột đối với tiêu hoá, dinh dưỡng và miễn dịch.

Kiến thức nền cần nhớ

Hai bài trước đã học ống tiêu hoá hoàn chỉnh phân hoá vùng (same-grade bridge), và vì sao ruột của thú ăn thực vật dài hơn để đủ thời gian cho vi sinh vật cộng sinh lên men cellulose (same-grade bridge). Bài này hỏi tiếp: sau khi thức ăn tiêu hoá xong ở ruột non, chất dinh dưỡng đi vào cơ thể bằng cách nào, và những vi sinh vật lên men cellulose ở bài trước thực ra còn làm những việc gì khác ngoài việc đó.

Khởi động

Ruột non người dài chỉ khoảng sáu, bảy mét, cuộn gọn trong ổ bụng. Vậy mà diện tích bề mặt hấp thụ của nó được ước tính lớn hơn hẳn diện tích da toàn thân. Một ống dài vài mét làm thế nào có diện tích lớn đến vậy?

Kiến thức trọng tâm

Ba lớp cấu trúc nhân diện tích hấp thụ

Thành ruột non không phẳng trơn mà gấp thành nhiều nếp lớn nhô vào lòng ruột, gọi là nếp gấp niêm mạc — riêng lớp nếp gấp này đã làm diện tích bề mặt lớn hơn một ống trơn cùng chiều dài khoảng ba lần.

Trên bề mặt mỗi nếp gấp lại phủ dày đặc những lông ruột (villi) — những nếp lồi nhỏ li ti, mỗi lông chứa mạch máu và mạch bạch huyết riêng để vận chuyển ngay chất vừa hấp thụ vào cơ thể. Lớp lông ruột này nhân diện tích lên thêm khoảng mười lần nữa so với bề mặt nếp gấp trơn.

Và chính màng tế bào ở đỉnh mỗi lông ruột lại mọc ra hàng nghìn lông cực nhỏ, hay vi lông ruột (microvilli), tạo thành một lớp viền dày như bàn chải mà mắt thường và kính hiển vi quang học không thấy được, chỉ hiện rõ dưới kính hiển vi điện tử. Lớp vi lông ruột nhân diện tích lên thêm khoảng hai mươi lần nữa.

Ba lớp này nhân liên tiếp với nhau, không phải cộng dồn, nên diện tích hấp thụ thực tế của ruột non lớn hơn hẳn một ống trơn cùng chiều dài — đó là lý do một cơ quan cuộn gọn trong ổ bụng vẫn hấp thụ đủ dưỡng chất nuôi cả cơ thể.

Ba hệ số này nhân với nhau (không cộng) để ra tổng hệ số tăng diện tích — xem cách tính ở ví dụ minh hoạ tiếp theo. Đây là các con số ước lượng thường gặp trong tài liệu sinh lí học, dùng để minh hoạ nguyên lí, không phải số đo chính xác cho một cá thể cụ thể.

Ví dụ

Ước tính diện tích hấp thụ của ruột non

1
Giả sử một đoạn ruột non hình trụ trơn, không có nếp gấp, lông ruột hay lông cực nhỏ, có diện tích bề mặt khoảng 0,3 m². Biết nếp gấp niêm mạc làm tăng diện tích khoảng 3 lần, lông ruột làm tăng thêm khoảng 10 lần, và lông cực nhỏ làm tăng thêm khoảng 20 lần. Ước tính diện tích hấp thụ thực tế của đoạn ruột non đó.
2
Ta có ba lớp cấu trúc nhân liên tiếp với nhau, không cộng dồn: $3 \times 10 \times 20 = 600$ (lần).
Ta có ba lớp cấu trúc nhân liên tiếp với nhau, không cộng dồn: $3 \times 10 \times 20 = 600$ (lần).
3
Do đó diện tích hấp thụ thực tế xấp xỉ $0,3 \times 600 = 180$ (m²).
Do đó diện tích hấp thụ thực tế xấp xỉ $0,3 \times 600 = 180$ (m²).
4
Vậy nhờ ba lớp cấu trúc nhân liên tiếp, một đoạn ruột non có diện tích ống trơn ban đầu chỉ 0,3 m² đạt diện tích hấp thụ thực tế ước tính khoảng 180 m², gấp 600 lần diện tích ống trơn — minh hoạ vì sao ba lớp cấu trúc cộng hưởng lại tạo ra khác biệt lớn đến vậy.

Vai trò của hệ vi sinh vật đường ruột

Hệ vi sinh vật đường ruột không chỉ có ở thú ăn thực vật lên men cellulose như bài trước đã học, mà còn hiện diện ở hầu hết động vật có ống tiêu hoá, kể cả thú ăn thịt và người. Chúng hỗ trợ tiêu hoá một số thành phần thức ăn mà bản thân vật chủ không tự phân giải được, chẳng hạn một phần chất xơ; đồng thời tổng hợp sẵn một số vitamin — vitamin K và vài vitamin nhóm B là ví dụ quen thuộc — để vật chủ hấp thụ luôn từ ruột. Chúng còn chiếm chỗ bám trên thành ruột và tiết ra chất ức chế, khiến vi khuẩn gây hại khó xâm nhập và phát triển quá mức; nhờ vậy hệ miễn dịch của vật chủ cũng được hỗ trợ gián tiếp.

Ba vai trò tách biệt nhưng cùng phụ thuộc vào một điều kiện chung: hệ vi sinh vật có lợi phải duy trì được số lượng đủ lớn.

Ví dụ

Vì sao dùng kháng sinh kéo dài có thể gây rối loạn tiêu hoá (dạng đề kiểm tra)

1
Một người dùng kháng sinh phổ rộng liên tục trong nhiều tuần để điều trị một bệnh nhiễm khuẩn. Sau đó người này bị rối loạn tiêu hoá, đi ngoài phân lỏng nhiều ngày dù đã khỏi bệnh nhiễm khuẩn ban đầu. Hãy giải thích nguyên nhân.
2
Ta có kháng sinh phổ rộng không phân biệt được vi khuẩn gây bệnh với vi khuẩn có lợi trong hệ vi sinh vật đường ruột, nên tiêu diệt cả hai loại. (1)
3
Vì số lượng vi sinh vật có lợi giảm mạnh, khả năng hỗ trợ tiêu hoá và tổng hợp vitamin của hệ vi sinh vật cũng giảm theo; đồng thời chỗ bám trống trên thành ruột tạo điều kiện cho vi khuẩn hoặc nấm gây hại phát triển quá mức. (2)
4
Kết hợp (1) và (2), rối loạn tiêu hoá sau một đợt kháng sinh dài ngày là hệ quả trực tiếp của việc hệ vi sinh vật có lợi bị suy giảm, chứ không phải do bệnh nhiễm khuẩn ban đầu tái phát. Vậy để hạn chế hệ quả này, cần dùng kháng sinh đúng chỉ định và đủ liều, không tự ý kéo dài.

Sai lầm thường gặp

Một nhầm lẫn thường gặp là coi lông ruột (villi) và lông cực nhỏ (vi lông ruột, microvilli) là một. Thực ra hai cấp độ này khác hẳn nhau: lông ruột là những nếp lồi đa bào, nhìn thấy được dưới kính hiển vi quang học thường, còn lông cực nhỏ chỉ là những nếp lồi trên chính màng tế bào của mỗi tế bào biểu mô ruột, quan sát được dưới kính hiển vi điện tử. Một nhầm lẫn khác là nghĩ hệ vi sinh vật đường ruột chỉ có ở thú ăn thực vật để lên men cellulose — thực ra phần lớn động vật có ống tiêu hoá, kể cả thú ăn thịt, đều mang một hệ vi sinh vật đường ruột riêng, dù vai trò lên men cellulose không nổi bật bằng.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Ba lớp cấu trúc — nếp gấp niêm mạc, lông ruột, lông cực nhỏ — nhân liên tiếp với nhau để tạo diện tích hấp thụ khổng lồ cho ruột non. Hệ vi sinh vật đường ruột hỗ trợ tiêu hoá, tổng hợp một số vitamin, và hỗ trợ miễn dịch — cả ba vai trò đều suy giảm nếu vi sinh vật có lợi bị tiêu diệt, ví dụ do dùng kháng sinh kéo dài.

Dinh dưỡng đã hấp thụ chỉ giải phóng được năng lượng khi có đủ oxygen. Hai bài tiếp theo chuyển sang một hệ cơ quan khác của động vật: hệ cơ quan cung cấp oxygen — hệ hô hấp.