Пищеварительная система.
Пищеварение – сложный физиологический процесс, в ходе которого пища, поступающая в организм, подвергается физическим и химическим изменениям и всасывается в кровь или лимфу.
Пищеварительная система начинается ротовой полостью, затем пища проходит в глотку, пищевод, желудок, тонкий и толстый кишечник. В двенадцатиперстную кишку впадают протоки печени и поджелудочной желез.
Функции пищеварительной системы:
1 – моторная (механическая) – механическое измельчение пищи, передвижение пищи вдоль пищеварительного тракта и выделение отработанных продуктов;
2 – секреторная (химическая) – выработка железистыми клетками пищеварительных соков, слюны, желудочного, кишечного соков и желчи;
3 – всасывающая – всасывание белков, жиров, углеводов, витаминов, минеральных веществ и воды.
Ротовая полость
В ней происходит первичная обработка пищи, осуществляется ее механическое измельчение и с помощью языка и зубов образуется пищевой комок. Ротовая полость ограничена сверху твердым и мягким небом, заканчивающимся небным язычком. Спереди ротовая полость ограничена губами, а снизу – диафрагмой рта. Ротовая полость сообщается с глоткой.
В полости рта находятся язык, зубы, по бокам мягкого неба – небные миндалины. В ротовую полость впадают протоки околоушной, подъязычной и подчелюстной желез.
Язык – мышечный орган. Слизистая языка покрыта многослойным неороговевающим эпителием. На ее слизистой оболочке находится большое количество сосочков разной величины и формы. На поверхности языка и неба располагаются вкусовые рецепторы. Мышцы языка располагаются в трех взаимно перпендикулярных направлениях, что и обеспечивает изменение длины и ширины языка.
После поступления в ротовую полость пища измельчается. Благодаря жеванию стимулируется процесс слюноотделения. Слюна образуется в ротовой полости около 1 л в сутки. Она имеет важное значение для сохранения зубов. В ее отсутствие легко возникает кариес зубов. Слюна очищает полость рта. Она обладает бактерицидным действием благодаря присутствию в ней лизоцима. При уменьшении слюноотделения возникает чувство жажды, стимулирующее потребление жидкости.
На нижней поверхности языка находится уздечка. По сторонам от уздечки располагаются сосочки, где открываются протоки подчелюстной и подъязычной слюнных желез. Протоки околоушной железы оканчиваются в слизистой щеки на уровне второго большого коренного зуба верхней челюсти. Наиболее древняя функция слюны – увлажнение и ослизнение пищи. Подчелюстная и подъязычная железы выделяют более вязкую и густую слюну, чем околоушная.
Слюна состоит на 99 % из воды. Важными минеральными компонентами слюны являются Na+, K+, Cl-, HCO3-. Слюнные железы секретируют амилазу, лизоцим, иммуноглобулины, мукополисахариды и т.д. Фермент птиалин (амилаза) расщепляет крахмал до ди- и моносахаридов.
Слюноотделение находится под контролем вегетативной нервной системы. Парасимпатическая стимуляция вызывает образование больших количеств слюны с низким содержанием белка. Симпатическая стимуляция вызывает секрецию относительно небольшого количества вязкой слюны из подчелюстных и подъязычных желез.
В каждой половине челюсти находится 2 резца, 1 клык, 2 малых коренных и 3 больших коренных зуба. На каждой челюсти находится по 16 зубов, по 8 зубов с левой и правой стороны. Количество зубов в полости рта можно изобразить в виде зубной формулы, которая имеет у человека следующий вид:
3 2 1 2
2 1 2 3
3 2 1 2 2 1 2 3
- в числителе показано количество зубов в верхней челюсти, а в знаменателе – в нижней челюсти. Левая сторона показывает количество зубов в левой части челюстей, а правая сторона – в правой части челюстей.
Зуб состоит из коронки, шейки и 1-3 корней. Корень удерживается в зубной ячейке очень прочно за счет соединительной ткани – перидонта. Внутренняя полость зуба заполнена сосудами и нервной тканью, называемыми пульпой. Поверхность зуба покрыта эмалью, а костная ткань называется дентином.
Глотка
Из полости рта пища попадает в глотку, расположенную позади мягкого неба и языка. В ней перекрещиваются пути дыхательной и пищеварительной систем. В глотку открываются ротовая полость, отверстия носовой полости, гортань, пищевод, две евстахиевы трубы.
Скользкий комок пережеванной и смоченной слюной пищи благодаря движениям языка и щек попадает на спинку языка и проталкивается дальше в глотку. В этот момент гортань поднимается и вход в нее закрывается надгортанником. В результате пища не попадает в дыхательные пути, а проталкивается дальше в пищевод. Глотание является сложным рефлекторным актом. Центр глотания находится в продолговатом мозге и взаимодействует с центром дыхания и центром сердечной деятельности.
Пищевод
Представляет собой трубку, соединяющую глотку с желудком. Пищевод проходит грудную полость, диафрагму; на поперечном разрезе его диаметр 2-2,5 см, а при растяжении может увеличиваться до 4-4,5 см. В верхней трети пищевода мышцы пищевода состоят из поперечнополосатых мышечных волокон, а в остальных отделах – из гладких. Слизистая пищевода образует складки, что облегчает движение пищевых масс. В пищеводе переваривания пищи не происходит.
Желудок
Желудок – толстостенный мышечный мешок, находящийся под диафрагмой в левой половине брюшной полости. Он состоит из трех частей: дна, тела и пилорической области (привратник). В месте перехода пищевода в желудок располагается сфинктер (мышечный жом), который регулирует поступление и прохождение пищи в желудок. Форма желудка и его размеры широко варьируют в зависимости от характера питания и телосложения. Средняя его вместимость 3 л, но может вмещать и до 5 л пищевой массы.
Стенка желудка состоит из слизистой, подслизистой, мышечной и серозной оболочек. Мышечный слой состоит из внутреннего слоя: косых мышечных волокон; среднего слоя, представленного круговыми мышцами; и наружного. Благодаря согласованной деятельности этих мышц осуществляются перистальтические сокращения желудка, которые перемешивают его содержимое.
В слизистой оболочке находится большое количество желез. В стенке дна и тела желудка присутствуют обкладочные, главные клетки и слизистые железы. В пилорической части желудка имеются клетки, вырабатывающие гормон – гастрин.
Обкладочные клетки вырабатывают соляную кислоту. Соляная кислота в желудке активизирует пепсин. Главные клетки вырабатывают фермент пепсин. В составе желудочного сока пепсин сначала находится в неактивном состоянии. Соляная кислота также вызывает денатурацию белка, способствуя ферментативному расщеплению. В слизистых клетках вырабатывается слизь, которая покрывает всю внутреннюю поверхность желудка, образуя слой толщиной около 0,6 мм. Слизь обволакивает слизистую и защищает ее от механического и химического повреждений. Слизистый слой сохраняется постоянно и при его удалении образуется вновь.
За сутки у взрослого человека выделяется до 3 л сока. Физиологическая активность желез желудка зависит от химического состава пищи, ее консистенции, температуры, механических раздражений слизистой желудка.
Секрецию желудочного сока можно разделить на три фазы – условнорефлекторную, желудочную и кишечную.
Условнорефлекторная фаза выделения желудочного сока связана с образовавшимися в связи с приемом пищи условными рефлексами, с вкусовыми ощущениями. Желудочная фаза наступает при последующем поступлении пищи в желудок. Его растяжение ведет к возбуждению рецепторов блуждающих нервов. Нервные импульсы от желудка поступают по афферентным волокнам блуждающего нерва в стволовые центры. Затем эфферентные волокна блужлающего нерва стимулируют образование гастрина привратником желудка. Кишечная фаза желудочной секреции начинается при переходе в тонкий кишечник, что стимулирует растяжение тонкого кишечника. Одновременно слизистая тонкого кишечника выделяет гормон – энтерогастрон, тормозящий секрецию желудочного сока. Под влиянием находящихся в кишечнике кислот, жиров и т.д. слизистая двенадцатиперстной кишки секретирует также гормон секретин, подавляющий секреции желез желудка.
Перистальтика желудка регулируется вегетативной нервной системой – симпатической и парасимпатической благодаря саморегуляции при участии внутриорганных нервных узлов. Существенно влияние гормонов. При перерезке блуждающего нерва перистальтика желудка значительно ослабевает и опорожнение желудка замедляется. Перистальтика желудка усиливается под влиянием таких гормонов как холецистокинин, гастрин, а тормозится под влиянием секретина, адреналина, глюкагона, соматостатина.
Между желудком и двенадцатиперстной кишкой расположено мышечное кольцо, пилорический сфинктер, регулирующий поступление пищи в двенадцатиперстную кишку. На время нахождения пищи в желудке влияют кислотность, консистенция пищи, ее объем, осмотическое давление и качественный состав пищи.
Из желудка пища поступает в тонкий кишечник, где происходит дальнейшее переваривание пищи. В тонкий кишечник впадают протоки самых крупных желез: печени и поджелудочной железы.
Печень
Располагается в области правого подреберья. Верхняя поверхность печени прилежит к диафрагме. На нижней поверхности в нее входят воротная вена, печеночная артерия, отростки нервных клеток, а выходят общий печеночный проток и лимфатические сосуды. К печени прилегает желчный пузырь. Печень – самая большая железа человеческого организма. Масса печени взрослого здорового человека около 1500 г. Структурно-функциональной единицей печени является печеночная долька микроскопического строения. Общее их число в печени около 500 тысяч, а диаметр – от 0,5-2 мм. По форме дольки напоминают многогранники, расположенные в виде трехмерных сот. Каждую дольку окружает слой соединительной ткани, в котором проходят сосуды печеночного протока, мелких вен и печеночной артерии. Дольки пронизаны желчными, артериальными и венозными капиллярами. Железистыми клетками печени, входящими в состав печеночных долек, являются гепатоциты, в которых происходит образование желчи.
Печеночные клетки (гепатоциты) вырабатывают в сутки до 1 л желчи. Желчь образуется постоянно, а поступление ее в кишечник связано с приемом пищи. Желчь состоит из воды, минеральных солей, слизи, липидов, холестерола и лецитина и двух видов специфических компонентов – желчных клеток и пигмента билирубина. Билирубин – конечный продукт распада гемоглобина, подлежащий выведению из организма. Состав желчи, выделяемой печенью и состав желчи, накапливающейся в желчном пузыре, значительно отличаются друг от друга. Состав пузырной желчи отличается большей концентрацией желчных кислот, желчных пигментов, холестерола. Емкость желчного пузыря составляет 50-60 мл.
Желчевыведение связано с согласованной деятельностью желчного пузыря и сфинктера общего желчного протока. Сфинктер расположен у места впадения общего желчного протока в двенадцатиперстную кишку и регулирует выход желчи в кишечник.
В период покоя желчь скапливается в желчном пузыре, а во время приема пищи выделяется в кишечник. Выделение желчи регулируется как рефлекторно, так и гуморально. При поступлении пищи в желудок и кишечник происходит безусловно-рефлекторное выделение желчи. Условнорефлекторные раздражители также способствуют выделению желчи. Выделение желчи регулируется парасимпатической и симпатической нервной системой. Сокращение желчного пузыря связано также с выделением гормона холецистокинина, секретируемого двенадцатиперстной кишкой, при поступлении в нее пищевых масс, содержащих жиры. Уже через 2 минуты после соприкосновения жирной пищи со слизистой кишечника начинаются сокращения желчного пузыря, а через 15-90 минут он полностью опорожняется.
Печень выполняет ряд функций: 1) защитная (барьерная) - обезвреживание до 95% ядов; 2) пищеварительная – желчь создает щелочную реакцию, что способствует активизации поджелудочного сока. Желчь ферментов не содержит, но при ее участии жиры превращаются в легко растворимые соединения; 3) участвует в обмене веществ – глюкоза превращается в гликоген, аммиак – в мочевину; 4) обеспечивает синтез веществ, участвующих в свертывании крови (протромбин) и препятствующих свертыванию (гепарин).
Поджелудочная железа
Вторая по величине пищеварительная железа. Она выделяет до 2 л пищеварительного сока в сутки. Масса этой железы – 70-110 г, длина – около 17 см. В железе выделяют головку, тело и хвост. Большая часть поджелудочной железы имеет типичное строение экзокринной железы – мелкие протоки собирают секрет, вырабатываемый клетками концевых отделов железы, и несут его в более крупные протоки. Проток поджелудочной железы проходит через всю железу.
В поджелудочной железе имеются два вида клеток. Одни вырабатывают сок, участвующий в пищеварении, другие – гормоны, регулирующие углеводный обмен. Наиболее важные компоненты поджелудочного сока – это бикарбонат, нейтрализующий кислое содержимое желудка, и пищеварительные ферменты: пептидазы, расщепляющие белки, липаза, действующая на жиры, амилаза, расщепляющая углеводы. Ферментный состав сока зависит от характера питания. Под влиянием поджелудочной железы в кишечнике происходит наиболее значительная по объему химическая обработка всех компонентов пищи. Ферменты поджелудочной железы обеспечивают в основном процессы полостного переваривания, расщепление крупномолекулярных соединений.
Выделяют следующие фазы секреции поджелудочного сока: условно-рефлекторную, желудочную и кишечную. Во время условно-рефлекторной фазы выделение поджелудочного сока, связанное с запахами пищи, ее вкусом, актом глотания, повышается секреция бикарбоната и ферментов. Во время желудочной и кишечной фазы секреция поджелудочного сока нарастает.
Поджелудочная железа обладает большими компенсаторными возможностями. Она образует в 10 раз больше ферментов, чем требуется для переваривания, поэтому даже после удаления 90% железы активности оставшихся 10% достаточно для предотвращения несварения пищи.
Тонкий кишечник
Из желудка пищевые массы поступают в тонкий кишечник. Тонкий кишечник делится на двенадцатиперстную кишку, тощую и подвздошную. Общая длина кишечника – 5-6 м. Граница между подвзошной и тощей кишкой достаточно неопределенна. В тонком кишечнике происходит перемешивание пищевых масс с секретами поджелудочной железы, печени (желчью) и слизистой кишечника. Происходит переваривание пищи, ее всасывание, продвижение. Выделяются гормоны, а также осуществляется иммунологическая защита.
Двенадцатиперстная кишка имеет длину от 15 до 30 см. В ее нисходящую часть впадают протоки поджелудочной железы и желчного пузыря, имеющие общее отверстие. В двенадцатиперстной кишке пища подвергается действию поджелудочного сока, желчи, в ней происходит расщепление основных пищевых продуктов и образуются низкомолекулярные пептиды, аминокислоты, дисахариды, моносахариды, жирные кислоты.
Пищеварительные массы, частично подвергнутые обработке в желудке и 12-перстной кишке, поступают в тощую кишку, где претерпевают дальнейшее расщепление. В кишечном соке тонкого кишечника находятся ферменты, переваривающие белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты и т.д. Секреция кишечного сока стимулируется как механическим раздражением стенок кишечника пищевыми массами, так и веществами, образующимися в процессе расщепления пищевых масс.
Стенка кишечника состоит из следующих слоев: слизистого, подслизистого, мышечного и соединительнотканного. Слизистая оболочка образует большое количество складок, что увеличивает поверхность соприкосновения с пищевыми массами. В слизистой находится железистый эпителий, который выделяет слизь, ферменты и гормоны. Клетки эпителия кишечника образуют ворсинки, которые наряду со складками увеличивают всасывающую поверхность. На поверхности ворсинок в один слой расположены клетки, которые покрыты микроворсинками. Благодаря ворсинкам и микроворсинкам резко увеличивается поверхность, на которой происходят процессы пристеночного (мембранного) переваривания. Внутри ворсинки проходит кровеносный сосуд, оплетаемый лимфатическими сосудами.
Мышечный слой кишечника состоит из гладких мышц, которые располагаются в два слоя: внутренний, с кольцевым расположением волокон, и внешний, волокна которого идут в продольном направлении. Согласованные сокращения продольных и кольцевых мышц обеспечивают перистальтику кишечника, способствующую прохождению кишечного содержимого. Между стенками кольцевых и продольных мышц лежат сплетения нервных клеток вегетативной нервной системы. Они осуществляют местные рефлексы. Стенка желудочно-кишечного тракта снабжена кровеносными и лимфатическими сосудами, к ней подходит большое количество отростков нервных клеток. Импульсы, поступающие по симпатической нервной системе, ведут к расслаблению гладких мышц кишечника, а парасимпатическая нервная система усиливает их сокращения.
На моторику тонкого кишечника влияют количество и качество поступающей в кишечник пищи. Различают перистальтические и маятникообразные движения кишечника. Перистальтические сокращения заключаются в том, что выше пищевого комка происходят сокращения кольцевых мышц, а ниже благодаря сокращению продольных мышц создается расширение полости кишки. В связи с этим содержимое кишки передвигается к расширенному участку, и, следовательно, происходит перемещение пищи. По длине кишечника происходит несколько таких волнообразных сокращений. Маятникообразные движения заключаются в том, что на небольшом участке кишки происходит то укорачивание, то удлинение ее, и содержимое передвигается вперед и назад. Происходят попеременные ритмические сокращения продольных и кольцевых мышечных волокон кишки. Сокращение продольной мускулатуры вызывает укорочение и расширение участка кишки. Сокращение кольцевых мышечных волокон сужает просвет кишечника и передвигает содержимое кишечника в обе стороны от суженного участка. Сокращения происходят беспорядочно то в одном, то в другом участке кишечника. Благодаря маятникообразным движениям происходит перемешивание кишечного содержимого с пищеварительными соками.
Ритмические сокращения кишечника происходят на фоне постоянного тонуса, т.е. некоторого напряжения мускулатуры кишечника. Это связано с тем, что гладкие мышечные волокна кишечника обладают свойством автоматии. Сокращения кишечной стенки регулируются вегетативной нервной системой. Парасимпатическая нервная система при раздражении блуждающего нерва усиливает мышечные сокращения и повышает тонус. Симпатические волокна угнетают двигательную активность тонкого кишечника. Существенно влияние желудочно-кишечных гормонов гастрина и холецистокинина, которые стимулируют сокращения гладких мышц кишечника.
Поступившие в организм пищевые массы перевариваются как в полости кишечника, так и на поверхности его стенок. Первый путь расщепления называют полостным, т.е. не имеющим непосредственного контакта со слизистой кишечника, второй – пристеночным или мембранным. Они взаимосвязаны. Пищеварение, происходящее на поверхности кишечной стенки, активируется ферментами, сосредоточенными на поверхности мембран клеток.
Полостное или внеклеточное переваривание осуществляет начальные его этапы превращения крупномолекулярных соединений в низкомолекулярные. Происходит оно в полости кишечного тракта благодаря ферментам, секретируемым пищеварительными железами. Мембранное пищеварение (пристеночное) осуществляется на свободной поверхности ворсинок, образованных микроворсинками.
Всасывание в тонком кишечнике является чрезвычайно интенсивным процессом. Через 3-7 часов после приема пищи все ее основные компоненты практически полностью исчезают из полости тонкой кишки. Благодаря наличию складок кишечника, ворсинкам и микроворсинкам поверхность всасывания резко увеличивается. Поверхность кишечника достигает 500 м2. Во внутреннюю среду организма из кишечной полости всасываются мономеры и олигомеры. Аминокислоты и моносахариды преимущественно всасываются в кровь, а продукты расщепления жиров переходят в лимфу.
Переваривание и всасывание в тонком кишечнике углеводов, белков, жиров и воды
Суточное потребление углеводов должно быть около 300 г. 60% углеводов в пище составляет растительный крахмал. 30% углеводов – сахароза, получаемая из сахарной свеклы. Примерно 10% углеводов составляет лактоза. Помимо этих двух дисахаридов в пище также содержатся небольшие количества моносахаридов – глюкоза и фруктоза и полисахарид – гликоген. Переваривание углеводов начинается в ротовой полости, где выделяется амилаза, и продолжается в двенадцатиперстной кишке под влиянием амилазы, выделяемой поджелудочной железой. Углеводы, подвергшиеся полостному расщеплению, в дальнейшем подвергаются последующему расщеплению на мембранах двенадцатиперстной, а особенно тощей кишки. В результате образуются моносахариды. Только в виде моносахаридов может произойти их всасывание.
Взрослые люди потребляют с пищей 70-90 г белков в день. Переваривание начинается в желудке. Но роль этого этапа не велика, пепсин расщепляет не более 10-15% белков пищи. Через 10-20 минут после приема пищи начинается образование панкреатических пептидаз, которое продолжается до тех пор, пока белки присутствуют в кишечнике. Далее начинается мембранное переваривание. Примерно 50-60% белков пищи всасывается в двенадцатиперстной кишке, около 30% - до подвздошной, т.е. 80-90% белков всасывается в тонком кишечнике. Только около 10% белков достигают толстого кишечника, где они расщепляются под действием бактерий. Пептиды всасываются в виде ди- и трипептидов.
Человек потребляет в день около 60-100 г жиров. Примерно 90% жиров пищи – это триглицериды, большую часть которых составляют липиды, содержащие жирные кислоты с длинной цепью из 16 или 18 атомов углерода. Еще около 10% жиров приходится на фосфолипиды, эфиры холестерола и жирорастворимые витамины. В желудке жиры образуют капельки диаметром около 100 нм. В щелочной среде тонкого кишечника образуются эмульсии с размером капелек 5 нм. В тонком кишечнике жиры стимулируют выделение клетками слизистой холецистокинина, активирующего секрецию ферментов поджелудочной железы и сокращение желчного пузыря. Выделяемая поджелудочной железой липаза расщепляет жиры. Образующиеся в процессе распада липидов продукты плохо растворимы в воде и могут находиться в кишечнике в растворенном виде лишь в составе мицелл, в состав которых входят желчные кислоты и липиды. Только в этом случае липиды всасываются. 95% жиров триглицеридов поглощается уже из просвета двенадцатиперстной кишки и верхнего отдела тощей кишки. В результате у человека выделяется с калом лишь 5-7 г жира.
В среднем за сутки через тонкий кишечник проходит около 9 л жидкости. Приблизительно 2 л поступают из крови и 7 л с эндогенными секретами желез и слизистой кишечника. Более 80% этой жидкости всасывается обратно в тонком кишечнике – около 60% в двенадцатиперстной кишке и 20% в подвздошной кишке. Остальная часть всасывается в толстом кишечнике. Только 1% выделяется из кишечника с каловыми массами.