Физиология Покровский 301 -503

Т а б л и ца 8.1. Основные гидролазы секретов пищеварительных желез и тонкой

кишки

Примечание. Нерегулярно присутствующие и обладающие малой активностью в секретах ферменты обозначены курсивом.

ваться, и кишечное пищеварение происходит в нейтральной и слабооснов¬ ной среде, созданной выделяющимися в кишку секретами — желчью, пан¬ креатическим и кишечным соками. Они разрушают желудочные пепсины и переводят желудочное пищеварение в кишечное, происходящее по типу полостного, а затем пристеночного пищеварения, завершающегося всасы¬ ванием питательных веществ.

Набор ферментов в составе секретов пищеварительных желез и тонкой кишки имеет видовую и индивидуальную особенности, адаптирован к пе¬ ревариванию тех нутриентов, которые преобладают в рационе.

В нормальных условиях основной гидролиз макронутриентов заверша¬ ется в проксимальном отделе тонкой кишки, а дистальный ее отдел явля¬ ется резервным, включающимся в пищеварительный процесс с целью компенсации недостаточности пищеварения в проксимальном отделе ки¬ шечника.

8.3.ПИЩЕВАРИТЕЛЬНЫЕ ФУНКЦИИ

8.3.1.Секреция пищеварительных желез

Секреция — это внутриклеточный процесс образования из поступивших в клетку веществ специфического продукта (секрет) определенного функ¬ ционального назначения и выделение его из железистой клетки. Секреты поступают через систему секреторных ходов и протоков в полость желу¬ дочно-кишечного тракта в разном количестве (см. рис. 8.2). Секреты гидролизуют питательные вещества (гидролитические ферменты и их актива-

392

торы), оптимизируют условия для этого по величине рН (электролиты), состоянию гидролизуемого субстрата (эмульгирование липидов солями желчных кислот, денатурация белков соляной кислотой), выполняют за¬ щитную роль (слизь, бактерицидные вещества, иммуноглобулины).

Секреция пищеварительных желез контролируется нервными, гумора¬ льными и паракринными механизмами. Эффект этих влияний — возбуж¬ дение, торможение, модуляция секреции гландулоцитов — зависит от вида эфферентных нервов и их медиаторов, вида гормонов и других физиологи¬ чески активных веществ, вида гландулоцитов, рецепторов на их мембра¬ нах, механизма действия этих веществ на внутриклеточные процессы. Секреция желез прямо зависит от уровня их кровоснабжения, которое в свою очередь повышается при секреторной активности желез их метабо¬ литами. Количество секрета железы зависит от числа одновременно секретирующих в ней гландулоцитов. Каждая железа состоит из гландулоцитов, вырабатывающих разные компоненты секрета, которые имеют свои осо¬ бенности регуляции. Это обеспечивает варьирование состава выделяемого железой секрета. Он изменяется по мере продвижения по протоковой сис¬ теме желез, где некоторые компоненты секрета всасываются, а некоторые выделяются гландулоцитами протоков. Количество и состав секретов адаптированы к виду принятой пищи и свойствам пищевого содержимого пищеварительного тракта.

У большинства пищеварительных желез секрецию стимулируют пара¬ симпатические холинергические аксоны постганглионарных нейронов. Симпатические нейроны тормозят стимулированную секрецию и оказыва¬ ют на железы трофические влияния. Эффекты зависят от вида мембран¬ ных адренорецепторов (а, р), через которые они реализуются. В роли сти¬ муляторов, ингибиторов и модуляторов секреции желез выступают многие гастроинтестинальные регуляторные пептиды и амины.

8.3.2. Моторная функция пищеварительного тракта

Моторная, или двигательная, функция принимает участие во всех эта¬ пах пищеварительного процесса. Есть произвольные и непроизвольные, макро- и микромоторные явления в пищеварительном тракте. Прием пищи, ее механическая переработка в ходе жевания, глотание, задержка в желудке и эвакуация его содержимого в кишечник, сокращения и расслаб¬ ления желчного пузыря, перемешивание кишечного содержимого (химус) И его передвижение, перераспределение давления в отделах тонкой киш¬ ки, смена пристеночного слоя химуса, перевод его из тонкой кишки в тол¬ стую, сокращение и расслабление сфинктеров, сложные движения толстой кишки для формирования кала и дефекации обеспечивают моторные про¬ цессы.

Моторика участвует в выведении секретов в полость пищеварительного тракта путем изменения тонуса и перистальтики выводных протоков же¬ лез, состояния их сфинктеров. Складчатость слизистой оболочки, движе¬ ния ворсинок и микроворсинок — также проявления их моторики.

Гладкие мышцы желудочно-кишечного тракта образованы гладкомышечными клетками (миоциты). Миоциты соединены нексусами и упакова¬ ны в пучки. Пучок является функциональной единицей гладкой мышцы.

Сложность движений желудочно-кишечного тракта обеспечивается на¬ личием в нем слоев и пучков гладких мышц, идущих в разных направле¬ ниях. Их сокращения уменьшают или увеличивают тонус и просвет пище-

393

варительного канала, делят его на временные сегменты, волна сокраще¬ ний круговых мышц продвигается вдоль канала, образуя перистальтиче¬ ские сокращения его. Согласование сокращений различных мышечных пучков осуществляется посредством периферической интрамуральной нервной системы.

Различные отделы пищеварительного тракта имеют разную частоту со¬ кращений: желудок — 2—4, двенадцатиперстная кишка — 9—12, тощая и подвздошная — 6—8, толстая в начальном отделе — 8, а в конечном (сиг¬ мовидная кишка) — до 17—18 сокращений в 1 мин.

Впищеварительном тракте находится около 35 сфинктеров-жомов, в разной мере сформированных замыкательных аппаратов. Сфинктеры вы¬ полняют клапанную роль, обеспечивая каудально направленное движение пищевого содержимого, однонаправленное движение пищеварительных секретов в протоков желез, разобщение отделов желудочно-кишечного тракта.

Вкоординации моторики желудочно-кишечного тракта велика роль миогенных механизмов, периферической (интра- и экстрамуральной) и центральной нервной системы.

Парасимпатические влияния преимущественно повышают моторную активность пищеварительного тракта. Но в составе блуждающих нервов имеются и тормозящие моторику нервные волокна. Симпатические влия¬ ния состоят в основном в снижении моторной активности.

8.3.3. Всасывание

Всасывание — процесс транспорта нутриентов, в основном мономеров, из полости желудочно-кишечного тракта во внутреннюю среду организма, его кровь и лимфу (рис. 8.4). В полости рта пища не доведена до мономе¬ ров и находится кратковременно, поэтому всасывание здесь ничтожно мало. Однако некоторые фармакологические вещества всасываются быст¬ ро, что используется как способ приема лекарств. В желудке всасывается небольшое количество аминокислот, глюкозы, воды и растворенных в ней минеральных солей, растворы алкоголя.

Всасывание растворенных в воде нутриентов и электролитов осущест¬ вляется в основном в тонкой кишке, где оно сопряжено с гидролизом питательных веществ. Всасывание зависит от величины поверхности, на которой оно осуществляется. У человека поверхность слизистой оболоч¬ ки тонкой кишки увеличена в 300—500 раз за счет складок, ворсинок и микроворсинок. На 1 мм2 слизистой оболочки кишки приходится 30—40 ворсинок, а каждый энтероцит имеет около 1700—4000 микроворсинок. На 1 мм2 поверхности кишечного эпителия приходится 50—100 млн мик¬ роворсинок.

У взрослого человека число всасывающих кишечных клеток составля¬ ет 101 0 , а соматических клеток — 101 5 . Из этого следует, что одна кишеч¬ ная клетка обеспечивает нутриентами около 100 тыс. других клеток орга¬ низма.

Различные вещества всасываются посредством разных механизмов. Транспорт макромолекул и их комплексов осуществляется путем фагоци¬ тоза и пиноцитоза. Эти механизмы объединены под названием эндоцитоза. С эндоцитозом связано внутриклеточное пищеварение. Ряд веществ попадает в клетку путем эндоцитоза, транспортируется в везикуле через клетку и выделяется из нее путем экзоцитоза в межклеточное простран-

394

Рис. 8.4. Топогра¬ фия всасывания веществ из желу¬ дочно-кишечного тракта.

ство (трансцеллюлярный, или трансцитоз). Он важен в переносе веществ иммунной защиты, витаминов и других веществ из кишечника в кровь.

Некоторое количество веществ может транспортироваться по межкле¬ точным пространствам. Такой транспорт называется парацеллюлярным, или персорбцией. Посредством ее переносится некоторое количество воды И электролитов и меньшее количество других веществ.

Всасывание микромолекул — основных продуктов гидролиза питатель¬ ных веществ в желудочно-кишечном тракте, а также электролитов, осуще¬ ствляется посредством трех видов транспорта: облегченная диффузия, пас¬ сивный и активный транспорт. Пассивный транспорт включает в себя диффузию, осмос и фильтрацию. Облегченная диффузия осуществляется с помощью мембранных транспортеров (переносчики) и не требует затраты энергии. Активный транспорт — это перенос веществ через мембраны против электрохимического или концентрационного градиента с затратой энергии и при участии специальных транспортных систем: мембранных транспортных каналов, мобильных транспортеров, конформационных транспортеров. Мембраны имеют транспортеры многих типов. Эти моле¬ кулярные устройства переносят один или несколько типов веществ. Часто транспорт веществ сопряжен с движением другого вещества, движение ко-

395

Рис. 8.5. Ворсинка в расслабленном (а, б) и сокращенном (в) состоянии.

Стрелками показано направление движения веществ в центральный лимфатический сосуд (а, б) и из него (в).

торого по градиенту концентрации служит источником энергии для сопря¬ гаемого транспорта (коили антитранспорт). В такой роли используются ионные градиенты, особенно градиент Na+ . Nа+ -зависимым в тонкой кишке является всасывание глюкозы, галактозы, свободных аминокислот, дипептидов и трипептидов, солей желчных кислот, билирубина и ряда других веществ. Na + - зависимый транспорт осуществляется и через специ¬ альные каналы, и посредством мобильных транспортеров. Распространены Na+ -зависимые транспортеры на апикальных мембранах и Na+ -насосы на базолатеральных мембранах энтероцитов. В тонкой кишке существует и Na+ -независимый транспорт многих мономеров. Транспортеры клеток связаны с деятельностью ионных насосов, которые используют энергию АТФ посредством транспортных АТФаз. Наиболее важной в процессах всасывания является Na+ , К+-АТФаза. Она обеспечивает градиент Na+ и К+ между вне- и внутриклеточными жидкостями и, следовательно, дает энергию Na+ -зависимому транспорту (и мембранных потенциалов), лока¬ лизована в базолатеральной мембране. Последующее откачивание натрия из клеток через базолатеральную мембрану, создающее градиент этого иона на апикальной мембране, связано с затратой энергии и участием К + , Na+ -ATФaза этих мембран.

Скорость всасывания зависит от свойств кишечного содержимого. Так, при прочих равных условиях всасывание быстрее идет при нейтральной его реакции, чем при кислой и щелочной, из изотонической среды всасы¬ вание электролитов и питательных веществ происходит быстрее, чем из гипо- и гипертонической среды. Относительно постоянные физико-хими¬ ческие условия в пристеночной зоне тонкой кишки оптимальны для со¬ пряженного гидролиза и всасывания питательных веществ.

396

Повышение внутрикишечного давления до 8—10 мм рт.ст. в 2 раза уве¬ личивает скорость всасывания. Это указывает на значение фильтрации во всасывании и роль кишечной моторики в данном процессе. Она также обеспечивает смену пристеночного слоя химуса, что важно для гидролиза и всасывания его продуктов.

Большое значение для всасывания имеют движения ворсинок слизи¬ стой оболочки тонкой кишки и микроворсинок энтероцитов. Сокраще¬ ния ворсинок выдавливают из сжимающейся полости лимфатических со¬ судов лимфу с всосавшимися в нее веществами. Наличие клапанов пре¬ пятствует возврату лимфы в сосуд при последующем расслаблении вор¬ синки и создает присасывающее действие центрального лимфатического сосуда (рис. 8.5).

Натощак ворсинки сокращаются редко и слабо, при наличии в кишке химуса сокращения ворсинок усилены и учащены (до 6 в 1 мин). Механи¬ ческие раздражения основания ворсинок вызывают усиление их сокраще¬ ний. Тот же эффект наблюдается под влиянием химических компонентов пищи, особенно продуктов ее гидролиза. В активации сокращений ворси¬ нок определенная роль отводится интрамуральной нервной системе. Кровь сытых животных, перелитая голодным, вызывает у них усиление движения ворсинок, что свидетельствует и о наличии гуморальной регуля¬ ции. Скорость всасывания из тонкой кишки зависит от уровня ее крово¬ снабжения. В свою очередь оно увеличивается при наличии в тонкой киш¬ ке продуктов, подлежащих всасыванию.

Всасывание питательных веществ в толстой кишке незначительно, так как при нормальном пищеварении большая часть их уже всосалась в тон¬ кой кишке. Много воды всасывается в толстой кишке, в небольшом коли¬ честве могут всасываться глюкоза, аминокислоты и некоторые другие ве¬ щества. На этом основано применение так называемых питательных клизм.

8.4.РЕГУЛЯЦИЯ ПИЩЕВАРИТЕЛЬНЫХ ФУНКЦИЙ

8.4.1.Управление пищеварительной деятельностью

Рефлекторные механизмы. Натощак желудочно-кишечный тракт нахо¬ дится в состоянии относительного покоя, для которого характерна перио¬ дическая функциональная активность. Прием пищи оказывает рефлектор¬ ное пусковое влияние на проксимальные отделы пищеварительного трак¬ та: резко усиливается секреция слюнных, желудочных и поджелудочной желез, желчевыделение, расслабляется желудок и снижается моторная ак¬ тивность проксимального отдела тонкой кишки.

Пусковые влияния стимулируют выделение секретов с высокой фер¬ ментативной активностью, обеспечиваемой накопленными в железах в пе¬ риод их относительного покоя ферментами.

В дальнейшем секреция и моторика изменяют свой характер за счет корригирующих нервных, гуморальных и паракринных влияний, форми¬ рующихся на основе рецепции содержимого желудочно-кишечного тракта. Следовательно, находящаяся в нем смесь пищевого содержимого с пище¬ варительными соками является объектом, в котором происходит пищева¬ рительный процесс и одновременно параметры этой смеси служат средст¬ вом регуляции пищеварительного процесса путем изменения секреции, моторики и всасывания в пищеварительном тракте.

397

Внешние стимулирующие и тормозные влияния

В полости рта осуществляется осознаваемая рецепция механических свойств пищи, ее температуры, влажности и некоторых других свойств, особенно вкуса, а запахов — благодаря проникновению пахучих веществ из полости рта к рецепторам носовых проходов. Мультипараметрична ре¬ цепция (подсознательная) и в желудочно-кишечном тракте, где контроли¬ руются объем принятой пищи, степень наполнения и растяжения органа, давление в его полости, наличие недостаточно размельченных кусочков пищи, консистенция, рН, осмотическое давление, температура, концент¬ рация питательных веществ и продуктов их гидролиза, активность некото¬ рых пищеварительных ферментов и концентрация их фрагментов.

Рецепция осуществляется нервными рецепторными окончаниями, за¬ ложенными в стенке желудочно-кишечного тракта (механо-, волюм-, хе- мо-, осмо-, терморецепторы) — это первый механизм восприятия информа¬ ции. Вторым механизмом служат всосавшиеся в кровь продукты гидролиза питательных веществ (глюкоза, некоторые аминокислоты). Третьим меха¬ низмом выступают регуляторные пептиды, высвобождаемые различными клетками-продуцентами слизистой желудка и кишечника. В этих клетках рецепторная функция совмещена с высвобождением регуляторных пепти¬ дов (и аминов), которые затем непосредственно и опосредованно через другие гуморальные и рефлекторные механизмы влияют на клетки-мише¬ ни, реализующие пищеварительные функции (рис. 8.6).

Итак, в желудочно-кишечном тракте представлены три типа регуляции секреторной, моторной и всасывательной функций.

398

Среди нейронов автономной нервной системы, иннервирующих пище¬ варительный тракт, имеются не только холин- и адренергические, но и не¬ сколько типов пептидергических нейронов: в роли медиаторов в них вы¬ ступают нейропептиды и N0. Установлен ряд нейропептидов, выполняю¬ щих роль медиаторов сенсорных нейронов.

Каждому виду пищи соответствует характерная моторика и секреция органов пищеварения. Адаптация проявляется в соответствии объема, электролитного состава и набора ферментов секретов пищеварительных желез принятой пище. Различают видовую и индивидуальную адаптацию. Последняя делится на медленные, постепенно формируемые и фиксируе¬ мые на значительное время к длительным рационам питания реакции и быстрые (срочные ответы), состоящие в приспособлении моторики, секре¬ ции ферментов и электролитов к виду принятой пищи.

Образцом системного анализа механизмов регуляции пищеварительных функций явилось учение И.П. Павлова о фазах секреции главных пищева¬ рительных желез, которое дополнено и продолжает развиваться.

Секреция пищеварительных желез начинается с так называемой мозго¬ вой, или первой, фазы. Она осуществляется сложнорефлекторно, через центральную нервную систему, путем условных и безусловных рефлек¬ сов. Условнорефлекторно стимулируют секрецию желез вид, запах еще не принятой пищи и другие раздражители, связанные с ее приемом; безусловнорефлекторно — путем раздражения пищей рецепторов полости рта и пищевода. Секреция желез посредством раздражения рецепторного аппарата желудка и высвобождения его слизистой гуморальных агентов,

соответствует желудочной, или второй, фазе. Кишечной, или третьей, фа¬

зой называется секреция, опосредуемая интестинальными гормонами, раздражением рецепторов кишечника и всосавшимися из него нутриентами. Каждая из фаз имеет не только стимулирующий, но и тормозной компонент, что обеспечивает корригирующую роль регуляторных влия¬ ний.

Учение о фазах секреции в принципе может быть перенесено и на сис¬ темный анализ моторной деятельности пищеварительного тракта. В целом недостаточность пищеварительного процесса в данном отделе желудоч¬ но-кишечного тракта усиливает его в последующем отделе, компенсируя запрограммированный уровень переработки пищи путем усилении секре¬ ции и увеличения времени пребывания пищевого содержимого L желудке и замедления транзита химуса по тонкой кишке.

8.4.2. Роль регуляторных пептидов и аминов в деятельности пищеварительного тракта

В управлении пищеварительными функциями принимают участие пептиды, которые продуцируются эндокринными клетками самого пище¬ варительного тракта. Они рассеяны в слизистой оболочке и пищеварите¬ льных железах, поэтому их совокупность названа диффузной эндокринной системой. Продукты ее деятельности называют гастроинтестинальными

гормонами, регуляторными пептидами желудочно-кишечного тракта. Хи¬ мически это не только пептиды, но и амины. Некоторые из них — ней¬ ропептиды — продуцируются и нервными клетками. В первом случае эти биологически активные вещества выступают в роли телегормонов (до¬ ставляются к органам-мишеням общим и регионарным кровотоком) и парагормонов (диффундируют через интерстиций к рядом или недалеко

399

расположенной клетке). Во втором случае эти вещества, будучи образова¬ ны нейронами, играют роль нейротрансмиттера.

В пищеварительном тракте открыто более 30 регуляторных пептидов. Некоторые из них существуют в нескольких изоформах, отличаясь числом аминогрупп и физиологической активностью. Установлены клетки, проду¬ цирующие данные пептиды и амины (табл. 8.2).

Т а б л и ц а 8.2. Типы, локализация и количество эндокринных клеток пищевари¬ тельного тракта и образуемые ими продукты

Гастроинтестинальные гормоны имеют широкий спектр физиологиче¬ ской активности, влияя на пищеварительные функции и вызывая так на¬ зываемые общие непищеварительные эффекты. В пищеварительном трак¬ те пептиды и амины стимулируют, тормозят, модулируют секрецию, мото¬ рику, всасывание, оказывают трофические влияния, в том числе влияя на пролиферативные процессы, изменяя, например, количество гландулоцитов в слизистой оболочке желудка и поджелудочной железе. Каждый из регуляторных пептидов вызывает несколько эффектов, часто один из них является основным (табл. 8.3).

400

Г а 6 л и ц a S.3. Основные эффекты гастроинтестинальных гормонов

Регуляторные пептиды относятся к числу «короткоживущих» веществ (пе¬ риод полураспада несколько минут), вызываемые ими эффекты значительно длительнее. Концентрация пептидов в крови натощак колеблется в неболь¬ ших пределах, прием пищи повышает ее по ряду пептидов и на разное время. Относительное постоянство содержания пептидов в крови обеспечивается балансом поступления в кровь с их ферментной деградацией и экскрецией из организма. Деградация полипептидов ведет к образованию олигопептидов, которые обладают большей или меньшей, иногда качественно иной активно¬ стью. Дальнейший гидролиз пептидов приводит к потере их активности. Де¬ градации пептидов в основном происходит в почках, печени, легких.

401