Переваривание
Жевание и слюноотделение
Жевание — это процесс, при котором в ротовой полости механически измельчаются куски пищи, что повышает общую площадь поверхности для последующей хими-ческой обработки пищи. Эту функцию выполняют височно-нижнечелюстные суставы (ВНС), а также зубы, наличие которых определяет площадь жевательной поверхности. На процесс жевания влияют нарушения ВНС, например такие, которые возникают при ревматоидном артрите. Больные с тяжелой патологией ВНС или не имеющие зубов час-то ограничивают свою диету мягкой пищей, но даже несмотря на это, они нередко страдают от недостаточности питания.
Секреция слюны, которая необходима для смачивания и формирования пищевого комка, очень важна для акта глотания, поскольку в слюне содержатся муцины (гликопротеи-ны слюны), обволакивающие пищевой комок. Слюна также содержит амилазу (птиалин), участвующую в переваривании углеводов. Кроме того, слюна необходима для нормаль-ной речи, служит растворителем вкусовых веществ, очищает полость рта, предотвра-щая скопление бактерий, и содержит бикарбонатный буфер, поддерживающий значение рН ротовой полости около 7.0. Слюноотделение регулируется, в основном, вегета-тивной нервной системой, хотя существует и гуморальная регуляция (эстрогены, ан-дрогены, глюкокортикоиды, пептидные гормоны). Наиболее сильным стимулятором слю-ноотделения являются вкусовые ощущения. Слюноотделение снижается ночью. Общий объем слюны, выделяемой за сутки, составляет около 1500 мл, и приблизительно 90 % ее вырабатывается околоушными и подчелюстными железами (рис. 6-1 А и Б). Сек-рет околоушных желез преимущественно серозный и содержит малое количество орга-нических компонентов, а секрет подчелюстных желез — смешанный, включающий сероз-ные и слизистые компоненты.
Слюна вырабатывается ацинарными клетками и модифицируется клетками протоков слюнных желез (рис. 6-2). Ацинарные клетки с помощью N+,К+-АТФазы на базолате-ральном участке мембраны активно секретируют калий и бикарбонат, а в просвет ацинусов пассивно секретируют хлор. Клетки протоков изменяют состав слюны, реаб-сорбируя хлор и натрий и секретируя бикарбонаты и калий. Слюна, выделяющаяся в ротовую полость, содержит бикарбонаты и воду и является гипоосмолярной. На окон-чательный состав слюны могут влиять скорость ее секреции и действие гормонов.
Ксеростомия является симптомом, развитие которого обусловлено недостаточной секрецией слюны. Наиболее часто ксеростомию вызывают антихолинергические препараты и некоторые антидепрессанты. Ксеростомия также наблюдается при пораже-ниях слюнных желез, например при болезни Шегрена или при радиационном поражении (вследствие лучевой терапии опухолей головы и шеи). При ксеростомии из-за отсут-ствия смачивания ротовой полости нарушаются речь, глотание, пропадает ощущение вкуса.
Кислота и пепсин желудка. Измельчение и перемешивание пищи
В желудок пережеванная пища поступает через пищевод. Пищевые частицы под-вергаются механической и химической обработке, превращаясь в гомогенную жидкую массу (химус), что улучшает процессы всасывания в тонкой кишке. Два главных про-цесса координируют пищеварение в желудке: секреция соляной кислоты и пепсиногена для химической обработки пищи, а также измельчение и перемешивание пищи, выпол-няемые специальными мышечными слоями. Кроме того, желудок вырабатывает внутрен-ний фактор, являющийся обязательным кофактором для всасывания витамина B12. В G-клетках антрального отдела желудка образуется гастрин (пептид, стимулирующий секрецию кислоты).
Рис. 6-1. Локализация околоушных (А) и подчелюстных (Б) слюнных желез. (По: Akesson E. J„ LoebJ.A,, Wilson-Pauwels L., eds. Thompson’s Core Textbook of Anatomy, 2nd ed. Philadelphia: J. B. Lippincott, 1990: 335, 370.)
Рис. 6-2. Схема секреторных отделов подчелюстной железы. Секреторные элементы этой железы представляют собой либо серозно-мукоидные ацинусы (Ас), либо мукоидные протоки (МТ) с серозно-мукоидными полулуниями (SDL). Оба типа секреторных структур соединяются относительно большими промежуточными протоками (ID), полостными протоками (SD) и выводными протоками (ED). (По: John-son L. R., ed. Physiology of the Gastrointesti-nal Tract, 2nd cd. New York: Raven Press, 1987:774.)
Соляная кислота вырабатывается париетальными клетками, которые располагаются в перешейке трубчатых желез (рис. 6-3) вместе с добавочными клетками желудка (пре-имущественно в дне и теле желудка). Трубчатые железы желудка погружены в микро-скопические ямки слизистой оболочки желудка и секретируют компоненты желудочного сока в просвет желудка. Обкладочные клетки образуют кислоту с помощью механизмов активного транспорта: Н+,К+-АТФаза на апикальной мембране клетки (рис. 6-4) выво-дит водородный ион из клетки, а ион калия поступает внутрь клетки. Париетальные клетки секретируют соляную кислоту с рН около 0.8, тогда как рН самой клетки со-ставляет 7.2. На каждый секретируемый водородный ион образуется гидроксильный ион (ОН–), который сразу же реагирует с СО2 (катализируется карбоангидразой) с выделением бикарбоната и Н2О. Внутриклеточный бикарбонат на базолатеральном уча-стке мембраны обменивается клеткой на внеклеточный Сl–, что увеличивает содержа-ние внутриклеточного хлора, который транспортируется к апикальному участку мем-браны и секретируется вместе с водородом, образуя НС1. Желудок выделяет около 2 л жидкости в сутки. Хотя кислота не является абсолютно необходимой для перевари-вания пищи, она улучшает переваривание белков и всасывание железа, а также защи-щает от патогенных микроорганизмов, попадающих в организм с пищей.
Рис. 6-3. Трубчатая железа желудка. (По: ItoS., Winchester R.J. The final structure of the gastric mucosa in the bat. J. Cell. Biol. 16: 541,1963; Yamada Т., Alpers D. H., Owyang C„ Powell D. W., Silvcrstein F. E„ eds. Textbook of Cas-troenterology, 2nd ed. Philadelphia:.!. B. Lippincott, 1995; 1: 297.)
Стимуляция секреции кислоты осуществляется посредством как нервных, так и гумо-ральных механизмов (рис. 6-5) и традиционно делится на три фазы. Данное деление на фазы связано не с самими механизмами стимуляции, а с источниками этой стиму-ляции или ингибирования секреции. Сложнорефлекторная фаза секреции желудочного сока вызывается видом, запахом и вкусом пищи и происходит через влияние блуждаю-щего нерва на париетальные клетки. Желудочная фаза секреции осуществляется меха-ническим растяжением желудка пищей, которое воспринимается специальными рецепто-рами растяжения в стенке желудка и реализуется через рефлекторную дугу, включаю-щую блуждающий нерв. На секрецию в данной фазе влияют такие специфические компо-ненты пищи, как пептиды, аминокислоты, кофеин, этанол, кальций, которые стимули-руют выработку гастрина — сильнейшего гуморального стимулятора секреции соляной кислоты. Кишечная фаза секреции желудочного сока связана с растяжением тонкой кишки химусом, а также с цирку-‘ пирующими в крови аминокислотами.
Рис. 6-4. Транспорт ионов в париетальной клетке желудка. Апикальный участок мембраны содержит Н+,К+-АТФазпый насос и каналы для транспорта К+ и Cl–. Базолатеральный отдел мембраны имеет насосы для К+, белки, обменивающие Сl–/НСО3– и Na+/H+, а также Nа+,K+-АТФазный механизм, которые поддерживают кле-точный гомеостаз в состоянии покоя и при стимуляции секреции. (По: Yamada Т., Alpers D. В., Owyang С, Роwell D. W., Silverstein F. E., eds. Textbook of Gastroenterology, 2nd ed. Philadelphia: J. B. Lippincott, 1995; 1:312.)
В основании трубчатых желез в теле и дне желудка располагаются главные клетки, секретирующие пепсиноген. Пепсиноген накапливается в зимогенных гранулах и высвобождается в просвет желудка под действием стимуляции блуждающим нервом (ацетилхолин) и, возможно, под действием пептидных гормонов, таких как гастрин и холецистокинин. В кислой среде пепсиноген аутокаталитически превращается в пеп-син, обладающий в данной среде протеолитической активностью. Под влиянием пепси-на происходит начальный этап переваривания белков в желудке, особенно разрушение коллагена. Пептиды, образующиеся при расщеплении белков пепсином, стимулируют выработку гастрина и холецистокинина, что является важным звеном в координации регуляции переваривания, необходимого для последующей абсорбции. Кроме того, кислый химус, поступая в тонкую кишку, стимулирует выработку не только холеци-стокинина, но также и секретина — гормона, способствующего образованию желчи и поджелудочного сока, богатых бикарбонатами. Липаза желудка, вырабатываемая клет-ками дна желудка, не играет существенной роли в катаболизме пищевых жиров.
Желудок также выполняет функции депонирования и перемешивания пищи. Стенка желудка имеет три слоя мышц: наружный — продольный, средний — циркулярный и внутренний — косой. Циркулярный слой неравномерен: в дистальном отделе тела же-лудка и в антральной его части имеет большую толщину по сравнению с проксималь-ным отделом желудка. С помощью этих мышц желудок удерживает пищу. В момент, ко-гда происходит механическая стимуляция глотки или пищевой комок растягивает пи-щевод, проксимальные отделы желудка (тело и дно) расслабляются для приема пищи (объемная релаксация). Этот процесс также регулируется блуждающим нервом. Растя-жение желудка большими объемами пищи стимулирует перистальтические сокращения антрального отдела и проталкивание
Рис. 6-5. Регуляция секреции соляной кислоты в желудке. Показана основная (лиганд-рецепторная) регуляция выработки НС1 обкладочными клетками. D-клетки, соматостатиновые клетки; G-клетки, гастриновые клетки. (По: Feldman M. Acid and gastrin secretion in duodenal ulcer disease. Regul. Pcpt. Lett. 1: 1, 1989. Yamada Т., Alpers D. H., Owyang C., Powell D. W„ Silverstcin F. E., eds. Textbook of Gastroenterology, 2nd ed. Philadelphia: J. B. Lippin-cott, 1995; 1: 308.)
пищи к привратнику и двенадцатиперстной кишке. Проглоченные твердые час-тицы измельчаются до размеров меньше 1 мм, что увеличивает соотношение площадь—масса пищевых частиц и облегчает действие ферментов в тонкой кишке, приводя к более эффективному перевариванию. В желудке происходит избирательная задержка крупных частиц (желудочное «просеивание») и их измельчение, что предотвращает нарушение абсорбции питательных веществ. Измельчение и просеивание в желудке осуществляется за счет сокращения антрального отдела, с силой проталкивающего химус в направлении привратника, и столь же сильного обратного движения химуса при закрытии привратника. Эти движения разбивают крупные частицы химуса, если они не проходят в привратник, и позволяют мелким частицам (< 1 мм) пройти в две-надцатиперстную кишку. Пища, богатая питательными веществами, задерживается в желудке для более тщательной обработки и лучшего всасывания в тонкой кишке, что регулируется кишечно-желудочным рефлекторным механизмом. Углеводные компоненты пищи поступают в двенадцатиперстную кишку первыми, за ними следуют белки и затем жиры. Гиперосмолярная пища дольше задерживается в желудке благодаря механизму ингибирующей обратной связи после начала поступления ее в кишечник. Жидкая пища выходит из желудка пропорционально ее объему, этот механизм называется кинетикой «первого порядка». В целом жидкость выходит из желудка раньше твердой пищи, эвакуация которой происходит неравномерно: имеется начальный период задержки, затем — продолжительная линейная фаза, после которой наступает стадия очень медленного выхода. Линейная фаза выхода твердой пищи не зависит от ее объема и называется кинетикой «нулевого порядка». Привратник, антральный отдел и двенадцатиперстная кишка функционируют при опорожнении желудка как единый комплекс. Сокращения про-исходят последовательно от антрального отдела к привратнику и двенадцатиперстной кишке. Даже в случаях резекции привратника или пилоропластики процесс опустоше-ния желудка сохраняется нормальным. Денервация проксимального отдела желудка ус-коряет выход жидкости и не влияет на продвижение твердой пищи; хотя денервация антрального отдела с денервацией проксимального отдела ускоряет выход жидкости из желудка и замедляет выход твердой пищи.
Секреция желчи
Желчь продуцируется гепатоцитами и секретируется в кишечник в объеме около 500 мл в сутки. Желчь содержит соли желчных кислот, желчные пигменты, холестерин и другие липиды, а также щелочную фосфатазу. Желчные кислоты и их натриевые и ка-лиевые соли необходимы для всасывания жиров. Эти соли конъюгируют с таурином или глицином, что повышает их гидрофильность и стабильность в тонкой кишке; по структуре они близки к холестерину. Гепатоциты вырабатывают холевую и хенодезок-сихолевую кислоты, являющиеся первичными желчными кислотами. Под влиянием бакте-рий в тонкой кишке они модифицируются во вторичные желчные кислоты: дезоксихоле-вую, литохолевую и урсодезоксихолевую. Когда желчные кислоты через желчный про-ток и сфинктер Одди попадают в двенадцатиперстную кишку, они смешиваются с пере-вариваемыми липидами и жирорастворимыми витаминами, образуя при этом мицеллы, т. е. водорастворимые комплексы, из которых липиды легко абсорбируются. Образование мицелл стабилизируется в просвете кишечника в присутствии фосфолипидов и моно-глицеридов, которые снижают их поверхностное натяжение. Мицеллы участвуют в эмульгировании жиров и увеличивают площадь поверхности для гидролиза, а также подготавливают жиры для всасывания в кишечнике. Желчные кислоты сами являются регуляторами выработки желчи в печени. Они реабсорбируются в тонкой кишке 4—15 раз в сутки вторичным активным транспортом (с электролитами) и попадают в систе-му воротной вены для рециркуляции. Как только желчные кислоты поступают в пе-чень, по механизму отрицательной обратной связи происходит угнетение синтеза но-вых желчных кислот. Процесс кишечно-печеночной циркуляции желчных кислот пред-ставлен на Рис. 6-6. Без такой циркуляции наблюдается нарушение всасывания жи-ров, поскольку печень не в состоянии обеспечить достаточный синтез новых желчных кислот в количестве, соответствующем поступающим в кишечник липидам. В норме ежесуточная потеря желчных кислот с калом незначительна, и, следовательно, отно-сительно невелик ежесуточный синтез желчных кислот в печени.
Клетки желчного протока, как и клетки слюнных протоков, изменяют состав секрета за счет добавления в него бикарбоната и воды, поэтому окончательная желчь имеет щелочную реакцию и изоосмолярна плазме крови. Это обеспечивает ней-трализацию кислого химуса желудка. Желчный пузырь концентрирует желчь, вырабатываемую печенью, и выделяет ее в желчный проток и двенадцатиперстную кишку. Этот процесс регулируется холецистокинином. Клетки желчного протока увеличивают секрецию воды и бикарбоната под действием секретина. И секретин, и холецистоки-нин вырабатываются клетками глубоких отделов слизистой оболочки проксимального отдела тонкой кишки. Эти гормоны обладают синергическим действием на секрецию желчи и сока поджелудочной железы.
Рис. 6-6. Кишечно-печеночная циркуляция желчных кислот (ЖК) у здорового человека. (По:
Carey M. С., Cahalane M. J. Enterohepatic circulation. In: Arias l.M.,JakobyW. В. .Popper H., Schachter D., Shafritz D. A., eds. The Liver: Biology and Pathology, 2nd cd. New York: Raven Press, 1988:576; Yamada Т., Alpers D. H., Owyang C., Powell D. W., Silverstein F. E., eds. Textbook of Gastroenterology, 2nd ed. Philadelphia: J. B. Lippin-cott, 1995; 1: 395.)
Панкреатическая секреция
Объем секрета поджелудочной железы составляет 1500 мл в сутки. Он выделяется в тонкую кишку и содержит ферменты, гидролизующие белки, жиры и крахмал. Основная регуляция секреции осуществляется гормонами. Холецистокинин стимулирует секрецию ферментов, а секретин, прежде всего, секрецию бикарбонатов. Существует также регуляция секреции через блуждающий нерв. Общая секреция поджелудочной же-лезы зависит от стимулирующих и ингибирующих факторов. Пептидные гормоны — пан-креатический полипептид, глюкагон и соматостатин — преимущественно угнетают сек-рецию поджелудочной железы. Панкреатический полипептид выделяется островками поджелудочной железы после стимуляции блуждающим нервом, ингибируя, таким обра-зом, панкреатическую секрецию и секрецию желчи. Глюкагон угнетает панкреатиче-скую секрецию в условиях гипергликемии. Панкреатическая секреция аналогично же-лудочной может быть разделена на три фазы. Сложнорефлекторная фаза секреции про-исходит в ответ на вкус и запах пищи и осуществляется через блуждающий нерв. Же-лудочная фаза — это стимуляция панкреатической секреции, осуществляемая при рас-тяжении желудка также посредством блуждающего нерва. Наиболее сильная — кишечная фаза, в которую стимуляция секреции происходит, в основном, при растяжении киш-ки. Клетки протоков поджелудочной железы изменяют состав поджелудочного сока за счет выделения в него бикарбоната и воды.
Для всасывания питательных веществ очень важны ферменты поджелудочного сока, вы-деляющиеся через панкреатический проток и сфинктер Одди. Такие протеазы, как трипсиноген, химотрипсиноген, прокарбоксипептидазы А и В и проэластаза выделяют-ся из поджелудочной железы в неактивном виде. Трипсиноген превращается в двена-дцатиперстной кишке в трипсин под действием энтерокиназы — фермента, вырабаты-ваемого слизистой оболочкой двенадцатиперстной кишки (рис. 6-7). Трипсин, в свою очередь, переводит другие протеазы в активные формы химотрипсина, карбоксипепти-даз А и В и эластазы. Он может также образовываться в результате самоактивации, т. е. перехода трипсиногена в трипсин. Секреция ферментов в неактивном виде пре-дохраняет поджелудочную железу от самопереваривания, и если трипсиноген превра-щается в трипсин в поджелудочной железе, то возникает выраженное воспаление. Поджелудочная железа вырабатывает и ингибитор трипсина: его максимальная актив-ность проявляется при рН, равном 3—7, но и она очень мала по сравнению с общей протеолитической активностью. Панкреатическая амилаза расщепляет полисахариды до олигосахаридов, липаза
Рис. 6-7. Активация панкреатических протеолитических ферментов. Эптерокиназа (энтеропептидаза) играет основную роль в переводе трипсиногена в трипсин. Трипсин, в свою очередь, активирует не только трипсиноген, но и другие предшественники’ протеаз. (По: Sleisenger M. H., FordtranJ. S., eds. Gastrointestinal Disease, 5th cd. Philadelphia: W. B. Saunders, 1993; 1: 994.)
расщепляет эмульгированные триглицериды и эстераза — эфиры холестерина. Эти три последних фермента секретируются уже в активной форме, в отличие от протеаз, которые выделяются в виде неактивных предшественников. Колипаза, также секретирующаяся поджелудочной железой, является необходимым кофактором для дей-ствия липазы на триглицериды, так как нарушает взаимодействие между триглицеридами и желчными солями в мицеллах, и тем самым облегчает действие липазы на триглицериды.
