Физиология пищеварения

СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССОВ, ПРОИСХОДЯЩИХ В ЖЕЛУДОЧНО-КИШЕЧНОМ ТРАКТЕ

Ежесуточно взрослый человек должен получать около 80—100 г белков, 80—100 г жира и 400 г углеводов. Они поступают с пищей. Вместе с ними в пище содержатся минеральные соли, микроэлементы, витамины, а также балластные вещества, которые являются ценным компонентом пищи.

Рис. 85. Сущность процессов переваривания компонентов пищи.

Сущность пищеварения заключается в том, что после необходимой механической обра­ботки, т. е. размельчения и растирания пищи во рту, желудке и в тонком кишечнике происхо­дит гидролиз белков, углеводов и жиров. Он проходит в два этапа—вначале в полости пище­варительного тракта происходит разрушение полимера до олиго-меров, а затем—в области мем­браны энтероцита (пристеноч­ное, или мембранное пищеваре­ние) — происходит окончатель­ный гидролиз до мономеров — аминокислот, моносахаридов, жирных кислот, моноглицери-дов. Молекулы-мономеры с по­мощью специальных механизмов всасываются, т. е. реабсорбиру-ются через апикальную поверх­ность энтероцитов и переходят в кровь или лимфу, откуда посту­пают в различные органы, прохо­дя первоначально через систему воротной вены печени. Все «бал­ластные» вещества, которые не смогли быть гидролизованы фер­ментами желудочно-кишечного тракта, идут в толстый кишеч­ник, где с помощью микроорга­низмов подвергаются дополни­тельному расщеплению (частич­ному или полному), при этом часть продуктов этого расщепле­ния всасывается в кровь макро­организма, а часть идет на пита­ние микрофлоры. Микрофлора способна также продуцировать биологически активные вещест­ва и ряд витаминов, например, витамины группы В.

Заключительным этапом пищеварения является формирование каловых масс и их эваку­ация (акт дефекации). В среднем их масса достигает 150—250 г. В норме акт дефекации совершается 1 раз в сутки, у 30% людей — 2 раза и больше, а у 8% — реже 1 раз в сутки. За счет аэрофагии и жизнедеятельности микрофлоры в желудочно-кишечном тракте накапли­вается около 100—500 мл газа, который частично выделяется при дефекации или вне ее.

ТИПЫ ПИЩЕВАРЕНИЯ

В зависимости от происхождения гидролитических ферментов различают 1) собственное пищеварение — оно идет за счет ферментов, вырабатываемых челове­ком или животным; 2) симбионтное — за счет ферментов симбионтов, например, фермен­тов микроорганизмов, населяющих толстый кишечник; 3) аутолитическое — за счет фер­ментов, вводимых вместе с пищей. Это, например, характерно для молока матери, в нем содержатся ферменты, необходимые для створаживания молока и гидролиза его компонен­тов. У взрослого человека главное значение в процессах пищеварения имеет собственное пищеварение.

В зависимости от локализации процесса гидролиза питательных веществ различают: 1) внутриклеточное и 2) внеклеточное пищеварение, причем внеклеточное делится на: а) дистантное, или полостное, и б) контактное, или пристеночное, пищеварение.

Внутриклеточное пищеварение представляет собой процесс, происходящий внутри клетки. Фагоциты — яркий пример использования этого способа гидролиза. Как правило, внутри­клеточное пищеварение осуществляется с помощью гидролаз, расположенных в лизосо-мах. В процессе собственного (истинного) пищеварения у человека основная роль принад­лежит полостному и пристеночному пищеварению.

Полостное пищеварение. Оно совершается в различных отделах ЖКТ, начиная с ротовой полости, но его выраженность различна. Слюнные железы, железы желудка, панкреатичес­кая железа, многочисленные железы кишечника вырабатывают соответствующие соки (слюну

— в ротовой полости), в которых помимо различных компонентов содержатся ферменты

— гидролазы, осуществляющие гидролиз соответствующих полимеров — белков, сложных
углеводов, жиров. Как правило, гидролиз происходит в водной фазе и во многом он опреде­
ляется рН среды, температурой, а для липаз — содержанием в среде эмульгатора жира —
желчных кислот. Он заканчивается образованием мелких молекул — дисахаридов, дипеп-
тидов, жирных кислот, моноглицеридов.

Пристеночное (мембранное) пищеварение. Идея о существовании пристеночного пищева­рения была высказана А. М. Уголевым в 1963 г. Проводя опыты с отрезком тонкой кишки, он обнаружил, что гидролю крахмала под алиянием амилазы в присутствии отрезка тонкой кишки крысы, обработанного специальным образом (для удаления собственной амилазы), происхо­дит значительно быстрее, чем без него. А. М. Уголев предположил, что в апикальной части энтероцитов происходит процесс, способствующий окончательному перевариванию питатель­ных веществ. Последующее развитие науки подтвердило правильность этой гипотезы, кото­рая в настоящее время признана аксиомой физиологии пищеварения.

Пристеночное пищеварение осуществляется на апикальной поверхности энтероцита. Здесь, в его мембране, встроены ферменты-гидролазы, которые совершают окончательный гидролиз питательных веществ, например, мальтаза, расщепляющая мальтозу до двух мо­лекул глюкозы, инвертаза, расщепляющая сахарозу до глюкозы и фруктозы, дипептидазы. Эти ферменты состоят из двух частей — гидрофильной и гидрофобной. Гидрофильная часть находится над мембраной, а гидрофобная часть — внутри мембраны, она выполняет «якор­ную» функцию. Ферменты, которые осуществляют пристеночное пищеварение, как прави­ло, синтезируются внутри самого энтероцита, в том числе мальтаза, инвертаза, изомальта-за, гамма-амилаза, лактаза, трегалаза, щелочная фосфатаза, моноглицеридлипаза, пептида-зы, аминопептидазы, карбоксипептидазы и другие. После синтеза эти ферменты встраива­ются в мембрану как типичные интегральные белки. Эффективность пристеночного пи-

щеварения во многом возрастает благодаря тому, что этот процесс сопряжен со следую­щим этапом — транспортом молекулы через энтероцит в кровь или лимфу, т. е. с процес­сом всасывания. Как правило, вблизи от фермента-гидролазы находится транспортный ме­ханизм («транспортер», по терминологии А. М. Уголева), который, как в эстафете, прини­мает на себя образовавшийся мономер и транспортирует его через апикальную мембрану энтероцита внутрь клетки.

Энтероцит покрыт микроворсинками, в среднем до 1700—3000 штук на клетку. На 1 мм² таких ворсинок — около 50—200 млн. За счет них площадь мембраны, на которой совер­шается пристеночное пищеварение, возрастает в 14—39 раз. В мембранах этих микровор­синок и локализуются ферменты — гидролазы. Между микроворсинками и на их поверхно­сти расположен слой гликокаликса — это перпендикулярно по отношению к поверхности мембраны энтероцита расположенные филаменты (диаметр их от 2 до 5 нм, высота — 0,3— 0,5 мкм), которые образуют своеобразный пористый реактор. Периодически, когда глико-каликс чрезмерно загрязнен, он, для очистки поверхности энтероцита, отторгается. При патологии возможны ситуации, когда клетка вообще надолго лишается гликокаликса, и в этом случае нарушается процесс пристеночного пищеварения. Гликокаликс обеспечивает над апикальной мембраной энтероцита своеобразную среду. Гликокаликс является молеку­лярным ситом и ионообменником — расстояния между соседними филаментами гликока­ликса таковы, что они не пропускают внутрь гликокаликса крупные частицы, в том числе «недопереваренные» продукты, микроорганизмы, которые населяют тонкий кишечник. Благодаря наличию электрических зарядов (катионов, анионов) гликокаликс является ио-. нообменником. В целом, гликокаликс обеспечивает стерильность и избирательную прохо­димость для среды, расположенной над мембраной энтероцита/Между филаментами гли­кокаликса расположены ферменты — гидролазы, основная часть которых происходит из соков — кишечного и панкреатического, и здесь они довершают начатый в полости кишеч­ника процесс частичного гидролиза.

Над гликокаликсом имеется также еще один слой — так называемый слой слизистых на­ложений. Он образован слизью, продуцируемой бокаловидными клетками, и фрагментами слущивающегося кишечного эпителия. В этом слое сорбировано много ферментов панкреа­тического сока, кишечного сока. Этот слой является местом примембранного пищеварения.

Таким образом, переход от полостного пищеварения к пристеночному осуществляется постепенно, через два важных в функциональном отношении слоя — слоя слизистых нало­жений и слоя гликокаликса. Затем идет собственно слой пристеночного (мембранного) пищеварения, в котором совершается окончательный гидролиз питательных веществ и по­следующий их транспорт через энтероцит в кровь или лимфу.

A.M. Уголев отмечал, что на сегодня много еще остается неясным в этой сложной про­блеме пристеночного пищеварения.

ВСАСЫВАНИЕ

Всасывание нутриентов, т. е. питательных веществ является конечной целью процесса пищеварения. Этот процесс осуществляется на всем протяжении ЖКТ — от ротовой поло­сти до толстого кишечника, но его интенсивность различна: в ротовой полости, в основном, всасываются моносахариды, некоторые лекарственные вещества, например, нитроглице­рин; в желудке, в основном, всасываются вода и алкоголь; в толстом кишечнике — вода, хлориды, жирные кислоты; в тонком кишечнике — все основные продукты гидролиза. В 12-перстной кишке всасываются ионы кальция, магния, железа; в этой кишке и в начале тощей кишки идет преимущественно всасывание моносахаридов, более дистально происходит вса­сывание жирных кислот, моноглицеридов, а в подвздошной кишке — всасывание белка, аминокислот. Жирорастворимые и водорастворимые витамины всасываются в дистальных участках тощей кишки и в проксимальных участках подвздошной.

Рис. 86. Всасывание продуктов расщепления белков, углеводов и жиров (вероятные варианты). Всасывание в кровь (К).

А — аминокислоты, М — моносахариды в сопряжении с Na, Г — глицерин, Ж—жирные кислоты — синтез уподобленных триглицеридов в эпителиоцитах — формирование Хм — хиломикронов и всасывание в лимфу (ЛК). Жел — желчные кислоты частично возвращаются в полость кишечника, частично всасываются в кровь и возвращаются в печень.

Не все области тонкой кишки «заняты» процессом всасывания, дистальные участки обыч­но не участвуют в этом процессе. Однако при патологии проксимальных участков дисталь­ные участки берут на себя эту функцию. Таким образом, в организме существует защитный вариант всасывания.

Механизмы транспорта, т. е. всасывания веществ многообразны. Часть веществ, напри­мер вода, может проходить через межклеточные (межэнтероцитарные) промежутки — это механизм персорбции. Таким образом, кстати, происходит и процесс реабсорбции воды в собирательных трубках почки. В ряде случаев имеет место механизм эндоцитоза, т. е. по­глощение энтероцитом большой, неразрушенной молекулы внутрь клетки, а затем выделе­ние ее в интерстиций и в кровь за счет механизма экзоцитоза. Очевидно, таким способом транспортируются иммуноглобулины у новорожденных и грудных детей, вскармливаемых женским молоком. Не исключено, что у взрослых ряд молекул тоже транспортируется за счет эндо- и экзоцитоза.

Важное место среди механизмов всасывания занимают механизмы пассивного транс­порта — диффузия, осмос, фильтрация, а также облегченная диффузия (транспорт без за­трат энергии по градиенту концентрации, но с использованием «транспортеров»). Меха­низм осмоса позволяет реабсорбировать большой объем воды — в среднем за сутки около 8 л (2,5 — с пищей, остальная вода — это вода пищеварительных соков): вместе с осмотиче­ски активными веществами, например, с глюкозой, аминокислотами, ионами натрия, каль­ция, калия — в энтероциты входит пассивно вода. Частично вода входит в интерстиций (а затем и в кровь) за счет процессов фильтрации — если гидростатическое давление в полости кищечника превышает осмотическое давление в этой среде, то это создает воз­можность для реабсорбции воды с помощью фильтрационного механизма.

Основным механизмом, обеспечивающим реабсорбцию различных веществ (глюкозы, аминокислот, солей натрия, кальция, железа) является активный транспорт, для реализа-

ции которого необходима энергия, возникающая в результате гидролиза АТФ. Ионы натрия транспортируются за счет механизма первично-активного транспорта, а глюкоза, амино­кислоты и ряд других веществ — за счет вторично-активного транспорта, зависимого от транспорта натрия. Ниже будут рассмотрены возможные модели транспорта (см. Гидролиз углеводов и белков).

Особое положение в транспорте занимают продукты липолиза и сами жиры. Будучи жирорастворимыми, они могут проходить через мембранные барьеры пассивно, по гради­енту концентрации. Но для этого необходимо «организовать» такой поток, сделать его ре­альным. Очевидно, с этой целью в полости кишки продукты гидролиза липидов — жирные кислоты, имеющие длинные цепочки, 2-моноглицериды, холестерин — объединяются в мицеллы — мельчайшие капельки, которые способны диффундировать через апикальную мембрану энтероцита внутрь его. Процесс образования мицелл связан с действием желч­ных кислот. Внутри энтероцита из вновь синтезируемых липидов образуются структуры, удобные для дальнейшего транспорта — хиломикроны. Не исключено, что для облегчения транспорта мицелл и хиломикрон в мембранах имеются специфические переносчики, т. е. имеет место облегченная диффузия.

РЕГУЛЯЦИЯ ВСАСЫВАНИЯ

Она осуществляется за счет изменений процессов кровотока через слизистую кишечни­ка, желудка, лимфотока, энергетики, а также за счет синтеза «транспортеров» (насосов и специфических переносчиков).

Кровоток в чревной области во многом зависит от стадии пищеварения. Известно, что в условиях «пищевого покоя» в чревной кровоток поступает 15^-20% МОК. При усилении функциональной активности ЖКТон может возрастать в 8—10 раз. Это способствует не только увеличению продукции пищеварительных соков, моторной активности, но и повы­шает процесс всасывания, т. е. кровоток через ворсинки слизистой кишечника при этом возрастает, и создаются благоприятные условия для оттока крови, богатой всосавшимся нутриентом. Усиление кровотока происходит главным образом за счет продукции вазоди-лататоров, особенно серотонина—наиболее сильного вазодилататора прекапилляров ЖКТ. Другие гормоны, например, гастрин, гйстамнн, холецистокинин-панкреозимнн тоже спо­собствуют этому процессу. Когда по каким-то причинам системное давление меняется, то кровоток через ворсинку все-таки сохраняется (в диапазоне изменения системного давле­ния от 100 до 30 мм рт. ст.). Это обеспечивается за счет достаточно выраженного механиз­ма ауторегуляции подобно тому, что имеет место в сосудах мозга.

Интенсивность кровотока и, особенно, лимфотока может также регулироваться за счет сократительной активности ворсинки: имеющиеся в ней ГМК при выделении в кровь инте-стинальных гормонов активируются и вызывают периодическое сокращение ворсинки, про­исходит выдавливание содержимого кровеносного и лимфатического сосудов, что способ­ствует удалению нутриентов от энтероцита. Считается, что таким гуморальным веществом является вилликинин, продуцируемый в тонком кишечнике.

Активность продольной и циркулярной мускулатуры тонкого кишечника способствует перемешиванию химуса, созданию оптимального внутрикишечного давления — все это тоже облегчает процесс всасывания. Поэтому все факторы, положительно влияющие на мотор­ную активность кишечника, повышают эффективность всасывания.

Регуляция синтеза «транспортеров» осуществляется, как правило, за счет «классичес­ких» гормонов — альдостерона, глюкокортикоидов, 1,25-дигидрооксихолекальциферола (1,25-витамин Дз) и других гормонов. Например, повышение продукции альдестерона со­провождается увеличением образования в энтероцитах натриевых насосов, способствую­щих активному транспорту натрия. Косвенно это отражается на вторично-активном транспорте аминокислот и моносахаридов. Метаболит витамина Д} — 1,25-дигидроокси-холекальциферол повышает синтез кальцийсвязывающего белка в кишечнике, способст-

Физиология человека

вуя всасыванию ионов кальция. Паратгормон повышает скорость образования этого ме­таболита из витамина Дз (холекальцифсрол) и косвенно способствует повышению всасы­вания кальция.

Следует обратить внимание на то, что гормоны, меняющие процесс реабсорбции данно­го вещества в кишечнике, одновременно и в том же направлении меняют и процессы реаб­сорбции этого же вещества в почках, так как механизмы реабсорбции в кишечнике и в поч­ках во многом общие.