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A los organismos unicelulares que viven en un mar de nutrientes les es posible satisfacer sus requisitos nutricionales simplemente con la actividad de las proteínas de transporte de la membrana, las cuales permiten la absorción de moléculas específicas en el citosol. Sin embargo, para los organismos multicelulares, entre ellos los seres humanos, son significativamente mayores los desafíos de la entrega de nutrientes a los sitios apropiados del cuerpo, en especial si los organismos son terrestres. Además, la mayoría de los alimentos que comemos están en forma de macromoléculas, e incluso cuando se digieren a sus componentes monómeros, la mayoría de los productos finales son solubles en agua y no atraviesan las membranas celulares (una notable excepción son los constituyentes de los lípidos en la dieta). Por tanto, el sistema gastrointestinal ha evolucionado para permitir que el organismo adquiera y asimile los nutrientes, al tiempo que impida la absorción de sustancias indeseables (toxinas y productos microbianos, así como los microbios en sí mismos). La última situación se complica por el hecho de que los intestinos mantienen a lo largo de toda la vida una relación estrecha con el rico ecosistema microbiano que reside en su lumen, una relación en gran medida beneficiosa, si se excluye a los microbios del compartimento sistémico.
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El intestino es un conducto continuo que se extiende desde la boca hasta el ano y tiene contigüidad funcional con el ambiente exterior. Una única capa de células epiteliales columnares constituye la barrera semipermeable a través de la cual tiene lugar la captación controlada de nutrientes. Son varias las estructuras glandulares que se vacían en varios puntos de toda la longitud del lumen intestinal, lo que permite la digestión de los componentes de los alimentos, la señalización de los segmentos distales y la regulación de la microbiota. También hay importantes funciones de motilidad que mueven el contenido intestinal y los productos de desecho a lo largo del intestino, y una inervación rica que regula la motilidad, la secreción y la absorción de nutrientes, en muchos casos de una manera que es independiente del sistema nervioso central (CNS, central nervous system). También existe un gran número de células endocrinas que liberan hormonas que trabajan en conjunto con los neurotransmisores para coordinar la regulación ordinaria del sistema gastrointestinal. En general, existe una considerable redundancia de sistemas de control, así como un exceso de capacidad para la digestión y la absorción de los nutrientes. Esto sirvió a los seres humanos en la antigüedad, cuando las fuentes de alimentos eran escasas, pero hoy en día puede contribuir a la epidemia moderna que es la obesidad.
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El hígado, aunque desempeña funciones importantes en el metabolismo de todo el cuerpo humano, es generalmente considerado parte del sistema gastrointestinal por dos razones principales. En primer lugar, garantiza la excreción del cuerpo de productos de desecho solubles en lípidos y que no pueden ingresar a la orina. Estos productos de desecho se ...