Патофизиология переваривания пищи. Секреция слюны, желчи, кислоты

Глава 6. Мальабсорбция

• Жевание и слюноотделение
• Кислота и пепсин желудка. Измельчение и перемешивание пищи
• Секреция желчи
• Панкреатическая секреция

Переваривание

Жевание и слюноотделение

Жевание — это процесс, при котором в ротовой полости механически измель­чаются куски пищи, что повышает общую площадь поверхности для последующей химической 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 часто 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 (гликопротеины слюны), обволакивающие пищевой комок. Слюна также со­держит амилазу (птиалин), участвующую в переваривании углеводов. Кроме того, слюна необходима для нормальной речи, служит растворителем вкусовых веществ, очищает полость рта, предотвращая скопление бактерий, и содержит бикарбонат­ный буфер, поддерживающий значение рН ротовой полости около 7.0. Слюноот­деление регулируется, в основном, вегетативной нервной системой, хотя существует и гуморальная регуляция (эстрогены, андрогены, глюкокортикоиды, пептидные гормоны). Наиболее сильным стимулятором слюноотделения 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). Секрет околоушных же­лез преимущественно серозный и содержит малое количество органических ком­понентов, а секрет подчелюстных желез — смешанный, включающий серозные и слизистые компоненты.

Слюна вырабатывается ацинарными клетками и модифицируется клетками протоков слюнных желез (рис. 6.2). Ацинарные клетки с помощью N⁺,К⁺-АТФазы на базолатеральном участке мембраны активно секретируют калий и бикарбонат, а в просвет ацинусов пассивно секретируют хлор. Клетки протоков изменяют состав слюны, реабсорбируя хлор и натрий и секретируя бикарбонаты и калий. Слюна, выделяющаяся в ротовую полость, содержит бикарбонаты и воду и является гипо­осмолярной. На окончательный 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 поражениях слюнных желез, например при болезни Шегрена или при радиа­ционном поражении (вследствие лучевой терапии опухолей головы и шеи). При ксеростомии из-за отсутствия 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 подвергаются механической и химической обработке, превращаясь в гомогенную жидкую массу (химус), что улучшает процессы всасывания в тонкой кишке. Два главных процесса координируют пищеварение в желудке: секреция соляной кис­лоты и пепсиногена для химической обработки пищи, а также измельчение и пере­мешивание пищи, выполняемые специальными мышечными слоями. Кроме того, желудок вырабатывает внутренний 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.

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).

 

Соляная кислота вырабатывается париетальными клетками, которые распо­лагаются в перешейке трубчатых желез (рис. 6.3) вместе с добавочными клетками желудка (преимущественно в дне и теле желудка). Трубчатые железы желудка по­гружены в микроскопические 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) выводит 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 составляет 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 участке мембраны обменивается клеткой на внеклеточный Сl^–, что увеличивает содержание внутриклеточного хлора, который транспортируется к апикальному участку мембраны и секретиру­ется вместе с водородом, образуя НС1. Желудок выделяет около 2 л жидкости в сутки. Хотя кислота не является абсолютно необходимой для переваривания пищи, она улучшает переваривание белков и всасывание железа, а также защищает от патогенных микроорганизмов, попадающих в организм с пищей.

Рис. 6.3. Трубчатая железа желудка.

 

Стимуляция секреции кислоты осуществляется посредством как нервных, так и гуморальных механизмов (рис. 6.5) и традиционно делится на три фазы. Данное деление на фазы связано не с самими механизмами стимуляции, а с источниками этой стимуляции или ингибирования секреции. Сложнорефлекторная фаза секре­ции желудочного сока вызывается видом, запахом и вкусом пищи и происходит че­рез влияние блуждающего нерва на париетальные клетки. Желудочная фаза секре­ции осуществляется механическим растяжением желудка пищей, которое воспри­нимается специальными рецепторами растяжения в стенке желудка и реализуется через рефлекторную дугу, включающую блуждающий нерв. На секрецию в данной фазе влияют такие специфические компоненты пищи, как пептиды, аминокислоты, кофеин, этанол, кальций, которые стимулируют выработку гастрина — сильнейше­го гуморального стимулятора секреции соляной кислоты. Кишечная фаза секреции желудочного сока связана с растяжением тонкой кишки химусом, а также с циркулирующими 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 клеточный го­меостаз в состоянии покоя и при стимуляции секреции

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 пепсин, обладающий в данной среде протеолитической активнос­тью. Под влиянием пепсина 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 холецистокинина, но также и секретина — гормона, способствующего образованию желчи и поджелудочного сока, богатых би­карбонатами. Липаза желудка, вырабатываемая клетками 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 желудка и в антральной его части имеет большую толщину по сравнению с проксимальным отделом желудка. С помощью этих мышц желудок удержи­вает пищу. В момент, когда происходит механическая стимуляция глотки или пи­щевой комок растягивает пищевод, проксимальные отделы желудка (тело и дно) расслабляются для приема пищи (объемная релаксация). Этот процесс также ре­гулируется блуждающим нервом. Растяжение желудка большими объемами пищи стимулирует перистальтические сокращения антрального отдела и проталкивание пищи к привратнику и двенадцатиперстной кишке.

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.

Проглоченные твердые части­цы 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 двенадцатиперстную 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 происходят последовательно от антрального отдела к при­вратнику и двенадцатиперстной кишке. Даже в случаях резекции привратника или пилоропластики процесс опустошения желудка сохраняется нормальным. Денер­вация проксимального отдела желудка ускоряет 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 калиевые 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 хенодезоксихолевую кислоты, являющиеся первичными жел­чными кислотами. Под влиянием бактерий в тонкой кишке они модифицируются во вторичные желчные кислоты: дезоксихолевую, литохолевую и урсодезоксихо­левую. Когда желчные кислоты через желчный проток и сфинктер Одди попадают в двенадцатиперстную кишку, они смешиваются с перевариваемыми 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 моногли­церидов, 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 систему воротной вены для рециркуляции. Как только желчные кис­лоты поступают в печень, по механизму отрицательной обратной связи происхо­дит угнетение синтеза новых желчных кислот. Процесс кишечно-печеночной цир­куляции желчных кислот представлен на Рис. 6.6. Без такой циркуляции наблюда­ется нарушение всасывания жиров, 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, относительно 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 нейтра­лизацию 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 холецистокинин 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.

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 железы зависит от стимулирующих и ингибирующих факто­ров. Пептидные гормоны — панкреатический полипептид, глюкагон и соматоста­тин — преимущественно угнетают секрецию поджелудочной железы. Панкреати­ческий полипептид выделяется островками поджелудочной железы после стимуля­ции блуждающим нервом, ингибируя, таким образом, панкреатическую секрецию и секрецию желчи. Глюкагон угнетает панкреатическую секрецию в условиях гипер­гликемии. Панкреатическая секреция аналогично желудочной может быть разделе­на на три фазы. Сложнорефлекторная фаза секреции происходит в ответ на вкус и запах пищи и осуществляется через блуждающий нерв. Желудочная фаза — это сти­муляция панкреатической секреции, осуществляемая при растяжении желудка так­же посредством блуждающего нерва. Наиболее сильная — кишечная фаза, в кото­рую стимуляция секреции происходит, в основном, при растяжении кишки. 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, выделяющиеся через панкреатический проток и сфинктер Одди. Такие протеазы, как трипсиноген, химотрипсиноген, прокарбоксипептидазы А и В и проэластаза выделяются из поджелудочной железы в неактивном виде. Трипсиноген превращается в двенадцатиперстной кишке в трипсин под действием энтерокиназы — фермента, вырабатываемого слизистой оболочкой двенадцатиперстной киш­ки (рис. 6.7). Трипсин, в свою очередь, переводит другие протеазы в активные фор­мы химотрипсина, карбоксипептидаз А и В и эластазы. Он может также образовы­ваться в результате самоактивации, т. е. перехода трипсиногена в трипсин. Секре­ция ферментов в неактивном виде предохраняет поджелудочную железу от само­переваривания, и если трипсиноген превращается в трипсин в поджелудочной же­лезе, то возникает выраженное воспаление. Поджелудочная железа вырабатывает и ингибитор трипсина: его максимальная активность проявляется при рН, равном 3—7, но и она очень мала по сравнению с общей протеолитической активностью. Панкреатическая амилаза расщепляет полисахариды до олигосахаридов, липаза 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 действия липазы на триглицериды, так как нарушает взаимодействие между три­глицеридами и желчными солями в мицеллах, и тем самым облегчает действие ли­пазы на триглицериды.

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.