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消化管（GI 管、消化管、消化管とも呼ばれる）は、口から肛門まで続く消化器系の通路です。消化管は、人体で最も大きな器官の 1 つです。[ 1 ]消化管には、食道、胃、腸など、人間や他の動物の消化器系の主要な器官がすべて含まれています。口から摂取した食物は消化されて栄養素が抽出され、エネルギーが吸収され、老廃物は糞便として肛門から排出されます。胃腸の は、胃や腸に関する、または胃や腸に関連するという意味の形容詞です。
ほとんどの動物は「貫通消化管」または完全な消化管を持っています。例外はより原始的な動物です。海綿動物は消化のために体全体に小さな孔（オスティア）があり、排泄のために背側に大きな孔（オスクルム）があります。クシクラゲは腹側に口孔と背側に肛門孔の両方があり、刺胞動物と無腸動物は消化と排泄の両方に単一の孔を持っています。[ 2 ] [ 3 ]
人間の消化管は、食道、胃、腸からなり、上部消化管と下部消化管に分けられます。[ 4 ]消化管は、口から肛門までのすべての構造を含み、[ 5 ]胃、小腸、大腸という主要な消化器官を含む連続した通路を形成します。人間の完全な消化器系は、消化管に加えて、消化の付属器官（舌、唾液腺、膵臓、肝臓、胆嚢）から構成されます。 [ 6 ]また、消化管は、各セグメントの発生学的起源を反映して、前腸、中腸、後腸に分けられることもあります。人間の消化管全体は、剖検時に約9メートル（30フィート）の長さになります。生体内では腸管は平滑筋組織の管であるため、中程度の緊張状態で一定の筋緊張を維持しつつ、局所的な膨張と蠕動運動を可能にするためにさまざまな箇所で弛緩することができるため、腸管の長さはかなり短くなります。[ 7 ] [ 8 ]
ヒトの腸内細菌叢は、約4,000種類の細菌、古細菌、ウイルス、真核生物から構成され、免疫機能と代謝の維持において多様な役割を果たしている。[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] 消化管の腸内分泌細胞は、消化過程の調節を助けるホルモンを放出する。ガストリン、セクレチン、コレシストキニン、グレリンなどのこれらの消化ホルモンは、細胞内分泌または自己分泌機構を介して作用し、これらのホルモンを放出する細胞は進化を通じて保存された構造であることを示している。[ 12 ]
消化管の構造と機能は、肉眼解剖学と顕微鏡解剖学（組織学）の両方で説明できます。消化管自体は上部消化管と下部消化管に分けられ、腸は小腸と大腸に分けられます。[ 13 ]
上部消化管は、口、咽頭、食道、胃、十二指腸から構成される。[ 14 ]上部と下部の正確な境界は、十二指腸の懸垂筋である。これは、胚発生上の前腸と中腸の境界を区別するものであり、臨床医が消化管出血を「上部」または「下部」起源として説明する際によく使用する区分でもある。解剖すると、十二指腸は統一された臓器のように見えるかもしれないが、機能、位置、内部構造に基づいて4つの部分に分けられる。十二指腸の4つの部分は、胃から空腸に向かって、球部、下行部、水平部、上行部である。
十二指腸懸垂筋は、上行十二指腸の上縁を横隔膜から吊り下げ、小腸の第1部と第2部である十二指腸と空腸の正式な区分を示す重要な解剖学的ランドマークとして機能します。[ 15 ]これは、胚性中胚葉に由来する薄い筋肉です。
下部消化管には、小腸の大部分と大腸のすべてが含まれます。[ 16 ]人間の解剖学では、腸（腸または消化管、ギリシャ語: éntera ）は、胃の幽門括約筋から肛門まで伸びる消化管の部分であり、他の哺乳類と同様に、小腸と大腸の2 つの部分から構成されています。人間では、小腸はさらに十二指腸、空腸、回腸に細分化されます。大腸は、盲腸、上行結腸、横行結腸、下行結腸、S結腸、直腸、肛門管に細分化されます。[ 17 ] [ 18 ]
小腸は長さ約6～7mの管状構造で、十二指腸から始まり回腸で終わります。[ 1 ] [ 19 ]成人の粘膜面積は約30m²（320平方フィート）です。[ 20 ]輪状ヒダ、絨毛、微絨毛の組み合わせにより、粘膜の吸収面積は約600倍に増加し、小腸全体の総面積は約250m²（2,700平方フィート）になります。[ 21 ]その主な機能は、消化産物（炭水化物、タンパク質、脂質、ビタミンなど）を血流に吸収することです。小腸は大きく3つの部分に分けられます。
大腸は盲腸から始まり直腸と肛門管で終わる弓状の構造をしています。盲腸に付着している虫垂も含まれます。長さは約1.5m、成人の粘膜面積は約2m²（22平方フィート）です。[ 20 ]大腸の中で最も長い部分は結腸で、その主な機能は水分と塩分を吸収することです。[ 22 ]
大腸は盲腸から始まり、そこには虫垂があります。ここは腹部の後壁にある上行結腸の始まりでもあります。右結腸曲（肝曲）（上行結腸と横行結腸の屈曲部）で、横行結腸として腹部を横断し、横隔膜の下を通過します。左結腸曲（脾曲）（横行結腸と下行結腸の屈曲部）で、腹部の左側を下ります。直腸に最も近い結腸のループであるS状結腸に達し、直腸と肛門管へと続きます。
腸は内胚葉由来の構造です。ヒトの発生のおよそ16日目に、胚は腹側（胚の腹面が凹面になる）に2方向に折り畳まれ始めます。胚の側面が互いに折り畳まれ、頭部と尾部が互いに折り畳まれます。その結果、胚の腹面に接している内胚葉で覆われた構造である卵黄嚢の一部が切り離され、原始腸が形成されます。卵黄嚢は卵黄管を介して腸管と繋がったままです。通常、この構造は発生の過程で退縮しますが、退縮しない場合はメッケル憩室と呼ばれます。
胎児期には、原始腸は徐々に前腸、中腸、後腸の3つの部分に分かれていきます。これらの用語は原始腸の部分を指す際によく使われますが、確定腸の領域を説明する際にも定期的に使われます。[ 23 ]
腸の各部分はさらに分化され、後の発達で特定の腸および腸関連構造を生じます。胃や結腸を含む腸本体由来の構成要素は、原始腸の細胞の膨張または拡張として発達します。対照的に、腸関連派生物、つまり原始腸に由来するものの腸本体の一部ではない構造は、一般的に原始腸の突出部として発達します。これらの構造に血液を供給する血管は、発達を通じて一定のままです。[ 24 ]
消化管は、機能解剖学の特殊性を反映したいくつかの違いはあるものの、一般的な組織構造を有している。[ 25 ]消化管は、次の順序で4つの同心円状の層に分けることができる。
粘膜は消化管の最も内側の層です。粘膜は管腔、つまり管内の空隙を取り囲んでいます。この層は消化された食物（消化物）と直接接触します。粘膜は以下の成分で構成されています。
消化管の各器官において、粘膜は様々な状態に対応するために高度に特殊化されている。最も多様性が見られるのは上皮である。
粘膜下層は、密な不規則結合組織の層からなり 、大きな血管、リンパ管、神経が粘膜層と筋層に分岐している。粘膜下層には、外筋層の内面に位置する腸管神経叢である粘膜下神経叢が含まれている。
筋層は内側の円形筋層と外側の縦走筋層から構成されています。円形筋層は食物が逆流するのを防ぎ、縦走筋層は消化管を短縮します。これらの層は実際には縦走または円形ではなく、筋層は異なるピッチのらせん状になっています。内側の円形筋層は急なピッチのらせん状で、外側の縦走筋層ははるかに緩やかなピッチのらせん状です。[ 26 ]外筋層は消化管全体で似ていますが、例外として胃には食物の粉砕と混合を助けるための追加の内側斜筋層があります。胃の外筋層は、内側斜筋層、中間円形筋層、および外側縦走筋層から構成されています。
輪状筋層と縦走筋層の間には筋層間神経叢があります。これは蠕動運動を制御します。活動はペースメーカー細胞（カハール筋層間質細胞）によって開始されます。腸は、自己完結型の腸神経系により、固有の蠕動運動（基礎電気リズム）を持っています。その速度は、自律神経系の他の部分によって調節されることがあります。[ 26 ]
これらの層の協調的な収縮は蠕動運動と呼ばれ、食物を消化管を通して送り出します。消化管内の食物は、口から胃までは食塊（食物の塊）と呼ばれます。胃の後では、食物は部分的に消化されて半液状になり、粥状物と呼ばれます。大腸では、残った半固形物は糞便と呼ばれます。[ 26 ]
消化管の最外層は、複数の結合組織層から構成されている。
腹腔内の消化管は漿膜で覆われています。これには、胃の大部分、十二指腸の最初の部分、小腸全体、盲腸と虫垂、横行結腸、S状結腸、直腸が含まれます。これらの消化管の部分では、消化管と周囲の組織との間に明確な境界があります。これらの消化管の部分には腸間膜があります。
後腹膜腔は外膜で覆われています。これらの部分は周囲の組織と一体化し、固定されています。例えば、十二指腸の後腹膜腔部分は通常、幽門を横切る平面を通過します。これには、食道、胃の幽門、十二指腸遠位部、上行結腸、下行結腸、肛門管が含まれます。さらに、口腔内にも外膜があります。
ヒト細胞では約20,000個のタンパク質コード遺伝子が発現しており、これらの遺伝子の75%は消化器系の少なくとも1つの異なる部分で発現している。[ 27 ] [ 28 ]これらの遺伝子のうち600個以上は消化管の1つ以上の部分でより特異的に発現しており、対応するタンパク質は食物の消化と栄養素の吸収に関連する機能を持っている。そのような機能を持つ特異的なタンパク質の例としては、主細胞で発現するペプシノゲンPGCとリパーゼLIPF 、胃粘膜の壁細胞で発現する胃ATPase ATP4Aと胃内因子GIFなどがある。胃と十二指腸で発現する防御に関与する特異的なタンパク質には、ムチン6やインテレクチン-1などのムチンタンパク質がある。[ 29 ]
食物が消化管を通過するのにかかる時間は、年齢、民族、性別など、さまざまな要因によって異なります。[ 30 ] [ 31 ]通過時間を測定するために、バリウム標識食後のX線撮影、呼気水素分析、放射性標識食後のシンチグラフィー分析[ 32 ] 、トウモロコシの粒の単純な摂取とスポットなど、いくつかの手法が使用されています。[ 33 ]内容物の50%が胃から出るまでには2.5～3時間かかります。消化速度は消化される物質にも依存し、同じ食事の食物組成でも胃から出る速度が異なる場合があります。[ 34 ]胃の完全な空っぽには約4～5時間かかり、結腸を通過するのには30～50時間かかります。[ 32 ] [ 35 ] [ 36 ]
消化管の表面積は約 32 平方メートル、つまりバドミントンコートの約半分と推定されています。[ 20 ]このような大きな露出（皮膚の露出表面積の 15 倍以上）があるため、重要な免疫成分が病原体が血液やリンパの循環系に侵入するのを防ぐように機能します。[ 38 ]この保護の基本的な構成要素は、腸粘膜バリアによって提供され、これは腸粘膜によって作られる物理的、生化学的、および免疫的要素で構成されています。[ 39 ]また、微生物は、腸管関連リンパ組織(GALT)を含む広範な免疫システムによっても抑えられています。
病原体の侵入から身を守るための追加的な要因もあります。例えば、胃の低いpH （1～4）は、胃に入り込んだ多くの微生物にとって致命的です。[ 40 ]同様に、粘液（IgA抗体を含む）は多くの病原性微生物を中和します。[ 41 ]消化管内で免疫機能に寄与するその他の要因としては、唾液や胆汁中に分泌される酵素などがあります。
有益な細菌も、消化管免疫系の恒常性に寄与する可能性があります。たとえば、消化管で最も優勢な細菌群の1つであるクロストリジウムは、腸の免疫系の動態に影響を与える上で重要な役割を果たしています。 [ 42 ]高繊維食の摂取がT制御細胞（Treg）の誘導に関与していることが実証されています。これは、酪酸やプロピオン酸などの植物由来栄養素の発酵中に短鎖脂肪酸が生成されるためです。基本的に、酪酸はFOXP3遺伝子座のプロモーターおよび保存された非コード配列領域におけるヒストンH3アセチル化を促進することによりTreg細胞の分化を誘導し、 T細胞を制御することで炎症反応とアレルギーの軽減につながります。
大腸には、複数の種類の細菌や、人体が単独では処理できない分子を分解できる他の微生物が存在し、共生関係を示しています。 [ 43 ] [ 44 ]これらの微生物は、宿主と病原体の界面でガスを生成し、それが鼓腸として放出されます。腸内細菌は生合成反応にも関与できます。たとえば、大腸内の特定の菌株はビタミンB12を生成します。 [ 45 ]これは、 DNA合成や赤血球生成など、ヒトにとって必須の化合物です。[ 46 ]しかし、大腸の主な機能は、消化物からの水分吸収（視床下部によって調節される）とナトリウムおよび栄養素の再吸収です。[ 47 ]
腸内細菌叢は、腸管内の限られた資源の中で、有益な腸内細菌と有害な可能性のある細菌との間で、生息空間と栄養素をめぐって競合する。恒常性を維持するためには、有益な細菌が80～85％、有害な可能性のある細菌が15～20％の割合が適切であるとされている。この比率が崩れると、腸内細菌叢の異常（ディスバイオシス）が生じる。
CYP3A4などの酵素は、アンチポーター活性とともに、抗原や異物の解毒における腸管の薬物代謝の役割にも重要な役割を果たしている。[ 48 ]
両生類、鳥類、爬虫類、卵生哺乳類、一部の魚類を含むほとんどの脊椎動物では、消化管は肛門ではなく総排出腔で終わる。総排出腔では、尿路系が生殖肛門と融合している。真獣類（ヒトを含む、卵を産まないすべての哺乳類）は、肛門と尿生殖器の開口部が別々である。胎盤類の雌は、尿路と生殖器の開口部がさらに別々である。
発生初期には、腸や内臓の非対称な位置が形成される（軸捻転理論も参照）。
反芻動物は、追加の胃の区画や、部分的に消化された食物を再び咀嚼するために吐き戻す能力（いわゆる「反芻」）など、硬い植物性物質を消化および発酵するための多くの特殊化を示している。[ 49 ]
多くの鳥類やその他の動物は、消化管内に砂嚢と呼ばれる特殊な胃を持ち、食物をすりつぶすのに使用している。[ 50 ]
さまざまな動物に見られるもう 1 つの特徴は嗉嚢です。鳥類では、これは食道の横にある袋状の器官として存在します。[ 50 ]
2020年には、絶滅したミミズのような生物であるCloudinidae科の生物の、既知の中で最も古い化石消化管が発見されました。この生物は約5億5000万年前の後期エディアカラ紀に生息していました。[ 51 ] [ 52 ]
貫通腸（口と肛門の両方を持つ腸）は、左右相称動物のネフロゾア類の中で進化したと考えられている。これは、祖先の腹側開口部（刺胞動物や無腸動物のように単一。扁形動物のようなネフロゾア類で再進化）が前後方向に伸びた後、伸びた中央部分が狭くなって完全に閉じ、前方の開口部（口）と後方の開口部（肛門と生殖器開口部）が残った後に起こったと考えられる。中央部分が閉じていない伸びた腸は、左右相称動物の別の系統である絶滅した前関節類に存在する。これと、一部のネフロゾア類（例えば線虫類）に見られる両口発生（胚の腸の伸びから口と肛門の両方が発達する）は、この仮説を支持すると考えられている。[ 53 ] [ 54 ]
消化器系に影響を与える可能性のある病気や症状は数多くあり、感染症、炎症、癌などが含まれます。
食中毒を引き起こす細菌などの様々な病原体は、胃や小腸の炎症から生じる胃腸炎を引き起こす可能性があります。このような細菌感染症を治療するための抗生物質は、消化管の微生物叢の多様性を低下させ、さらに炎症性メディエーターを活性化させる可能性があります。[ 55 ]胃腸炎は消化管で最も一般的な疾患です。
憩室疾患は、先進国の高齢者に非常に多く見られる疾患です。通常は大腸に発生しますが、小腸にも発生することがあります。 憩室症は、腸壁に袋状の突起が形成されることで起こります。これらの突起が炎症を起こすと、憩室炎と呼ばれます。
炎症性腸疾患は、腸壁に影響を与える炎症性疾患であり、クローン病と潰瘍性大腸炎という2つの亜型が含まれます。クローン病は消化管全体に影響を及ぼす可能性がありますが、潰瘍性大腸炎は大腸に限られます。クローン病は自己免疫疾患として広く認識されています。潰瘍性大腸炎は自己免疫疾患として扱われることが多いものの、実際に自己免疫疾患であるというコンセンサスは得られていません。
機能性消化器疾患の中で最も一般的なのは過敏性腸症候群である。機能性便秘や慢性機能性腹痛は、生理的な原因はあるものの、構造的、化学的、または感染性の病理学的異常が特定できない、その他の腸の機能性疾患である。
消化管の異常を示す症状はいくつかあり、例えば以下のようなものがあります。
消化器外科手術は外来で行われることが多い。2012年の米国では、消化器系の手術が外来手術の上位25件のうち3件を占め、外来手術全体の9.1%を占めた。[ 57 ]
消化管の画像診断法には、上部消化管造影検査と下部消化管造影検査など、さまざまな方法がある。
人間以外の動物の腸は、さまざまな用途に利用されています。乳を生産する家畜の種類ごとに、乳を飲んだ子牛の腸から対応するレンネットが得られます。 豚と子牛の腸は食用にされ、豚の腸はソーセージのケーシングとして使用されます。子牛の腸からは子牛腸アルカリホスファターゼ（CIP）が供給され、金箔製造用の皮の製造にも使用されます。
その他の用途は以下のとおりです。
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