大腸の主要な機能は食物の難消化性成分、いわゆる食物繊維の発酵と水分の吸収である。主として多糖類からなる食物繊維は大腸内の腸内細菌によって嫌気状態で発酵し、そのかなりの部分が酪酸などの短鎖脂肪酸に変換される。
小腸では栄養素を吸収しても、小腸組織の代謝には流用されずに即座に門脈によって運び去られ、小腸自体の組織は動脈血によって供給される栄養素によって養われる。しかし、大腸の組織の代謝にはこの発酵で生成されて吸収された短鎖脂肪酸が主要なエネルギー源として直接利用され、さらに余剰部分が全身の組織のエネルギー源として利用される。
ウマなどの草食動物ではこの大腸で生成された短鎖脂肪酸が主要なエネルギー源になっているが、ヒトでも低カロリーで食物繊維の豊富な食生活を送っている場合にはこの大腸での発酵で生成された短鎖脂肪酸が重要なエネルギー源となっている。
また、腸内細菌の活動によって生成されるビタミンがあることも知られている。吸収された発酵産物や水分は門脈を経由して肝臓で処理されるが、直腸下部の静脈は門脈を経由しないので肝臓での処理を免れ、直接下大静脈に注いで全身を巡る。坐薬が早くよく効くのはこのためである。
なお、この大腸内での発酵によって生じたガスが、食物の摂取時に飲み込まれた空気に由来するガスと混じて屁として排出される。
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