Физиология желудочно-кишечного тракта

Медицинская информация достоверна!

Игорь Лукьяненко

Врач-невролог, нейробиолог, аллерголог-иммунолог.

Подробнее об эксперте

Пищеварение – это процесс превращения пищи в топливо для получения энергии, поддержания структуры и функциональных способностей тела. Пищеварительный тракт, если объяснять простыми словами, это ряд чередующихся пустотелых органов, объединенных в длинную извилистую трубку, простирающиеся от ротовой полости до заднего прохода. Внутри эта трубка выстелена слизистой оболочкой. Во рту, желудке и тонком кишечнике слизистая оболочка содержит крошечные железы, которые вырабатывают ферменты, помогающие переваривать пищу. Есть также два твердых органа пищеварения – печень и поджелудочная железа, которые вырабатывают ферменты, попадающие в кишечник.

Во время процесса пищеварения пища проходит через горло, пищевод в желудок, где продолжает расщепляться. Частично переваренная пища проходит в короткую трубку, называемую двенадцатиперстной кишкой, — первую часть тонкой кишки. Тощая и подвздошная кишки также являются частью тонкой кишки. Печень, желчный пузырь и поджелудочная железа вырабатывают ферменты и вещества, способствующие пищеварению в тонком кишечнике. После завершения процесса пищеварения образующиеся отходы попадают в толстую кишку. Толстая и прямая кишки являются частями пищеварительной системы организма, которая забирает питательные вещества из пищи и накапливает отходы, пока они не выйдут из организма. Вместе толстая и прямая кишки образуют длинную мышечную трубку, называемую толстой кишкой.

Здоровье вашей пищеварительной системы во многом зависит от образа жизни — пищи, которую вы едите, количества упражнений, которые вы выполняете, а также темпа и уровня стресса в течение дня. Однако считается, что некоторые заболевания пищеварительных органов являются наследственными или следствием инфекции. У некоторых причина неизвестна.

Ротовая полость

Слизистая оболочка полости рта выстелена как ороговевшими (видны на верхней поверхности языка и твердого неба), так и некератинизированными клетками плоского эпителия (видны на щеках, губах и нижней поверхности языка). Функции языка включают:

• механическую обработку путем сжатия, истирания пищи;
• совершение действий, помогающих при жевании и подготовке пищи к глотанию;
• сенсорный анализ пищи с помощью сенсорных, температурных и вкусовых рецепторов;
• секрецию муцинов и лингвальной липазы.

Лингвальная липаза имеет широкий рН и расщепляет липиды (в основном триглицериды). рН от 3,5 до 6 позволяет лингвальной липазе работать даже в кислой среде желудка.

В полости рта есть три пары слюнных желез. Первая пара – это околоушные слюнные железы, расположенные ниже скуловой дуги. Околоушные железы вырабатывают серозные выделения, содержащие большое количество слюнной амилазы, которая расщепляет углеводные комплексы. Далее следуют подъязычные слюнные железы, расположенные на дне рта. Подъязычные железы вырабатывают слизистый секрет, который служит одновременно буфером и смазкой. Третья пара – подчелюстные слюнные железы, расположенные на дне рта в нижней челюсти. Они функционируют, выделяя смесь буферов, гликопротеинов, называемых муцинами, и амилазы слюны.

В целом, эти железы производят от 1,0 до 1,5 литров слюны каждый день. Около 99,4% вырабатываемой слюны составляет вода, а оставшиеся 0,6% состоят из электролитов, буферов, гликопротеинов (муцинов), антител, ферментов и продуктов жизнедеятельности. Они смазывают рот, предотвращая трение между слизистой оболочкой полости рта и пищевым материалом, увлажняют пищу для облегчения процесса глотания, инициируют переваривание липидов и углеводов.

Зубы обеспечивают механическое расщепление пищевых материалов, например, соединительной ткани мяса и растительных волокон в овощах. 

Глотка служит проходом пищевого материала в пищевод, хотя она также выполняет дыхательную функцию для движения воздуха в легкие. Во время глотания происходит закрытие носоглотки и гортани для поддержания правильного направления пищи. Этот процесс достигается с помощью черепных нервов IX и X. Из глотки пищевой материал поступает в пищевод.

Основная функция пищевода – направлять пищевые продукты в желудок с помощью волн сокращения его продольных и круговых мышц (процесс, известный как перистальтика). Верхняя треть пищевода состоит преимущественно из скелетных мышц. Средняя треть представляет собой смесь как скелетных, так и гладких мышц. Нижняя треть в основном состоит из гладких мышц.

Во время акта глотания буккальная фаза является единственной добровольной фазой, когда человек все еще может контролировать процесс глотания.

Все скелетные мышцы, обнаруженные в глотке и верхней части пищевода, находятся под контролем глотательного рефлекса, следовательно, глотательная и пищеводная фазы глотания находятся под непроизвольным контролем с помощью афферентных и эфферентных волокон языкоглоточного и блуждающего нервов. Гладкие мышцы пищевода расположены круговым и продольным образом и способствуют перистальтическому движению во время глотания.

Как только пищевой материал попадает в желудок, он может временно храниться и механически и химически расщепляться под действием желудочных кислот и ферментов. Секреция внутреннего фактора, вырабатываемого желудком, помогает правильному усвоению витамина В₁₂. Способность желудка хранить пищу обусловлена его податливостью и способностью изменять размер. В среднем меньшая кривизна желудка имеет длину около 10 см, а большая кривизна имеет длину около 40 см. Желудок обычно начинается от позвонков T7 и L3, что обеспечивает ему максимальную способность удерживать большое количество пищи.

Функция желудка по механическому расщеплению пищевых материалов обусловлена его сложными мышечными размерами. Желудок имеет 3 мышечных слоя: 

• внутренний косой слой;
• средний круговой слой;
• внешний продольный слой.

Сокращение и расслабление этих 3 мышечных слоев желудка помогают в перемешивании и взбивании, необходимых для образования химуса. Затем химический распад пищевого материала в желудке распространяется желудочными железами, вырабатываемыми в основном париетальными клетками, главными клетками, G-клетками, ямчатыми клетками и клетками слизистой шейки.

Париетальные клетки продуцируют внутренние факторы и соляную кислоту. Вырабатываемый внутренний фактор нужен для усвоения В₁₂-витамина. Связываясь с В₁₂, он обеспечивает надлежащее всасывание в подвздошной кишке. Вырабатываемая париетальной клеткой соляная кислота поддерживает рН желудка. Кислотность желудка, вызванная соляной кислотой, уничтожает большинство микроорганизмов, попадающих с пищей, денатурирует белок и разрушает стенки растительных клеток, а также необходима для активации и функционирования пепсина, фермента, расщепляющего белок, секретируемого главными клетками.

Главные клетки вырабатывают зимоген, называемый пепсиногеном, который активируется при рН от 1,5 до 2, превращаясь в пепсин. Пепсин – это фермент, переваривающий белки.

Фовеолярные клетки и клетки слизистой шейки вырабатывают слизь, которая защищает эпителий желудка от кислотной коррозии.

G-клетки в изобилии находятся в пилорическом отделе желудка. Они вырабатывают гастрин, который стимулирует секрецию париетальных и главных клеток. В пилорическом отделе желудка D-клетки вырабатывают соматостатин, который ингибирует высвобождение гастрина.

Следующим местом, где происходит пищеварение, является тонкий кишечник. Но в отличие от желудка, который обладает незначительными абсорбирующими свойствами, 90% всасывания пищи происходит в тонком кишечнике. Тонкая кишка состоит из трех сегментов:

• двенадцатиперстной кишки;
• тощей кишки;
• подвздошной кишки.

Двенадцатиперстная кишка получает химус из желудка, а также пищеварительный материал из поджелудочной железы и печени. В тощей кишке происходит основная часть химического переваривания и всасывания. Подвздошная кишка также выполняет функции пищеварения и всасывания. Подвздошная кишка является последним сегментом тонкой кишки и имеет илеоцекальный клапан, сфинктер, который контролирует поток материала из подвздошной кишки в слепую кишку толстой кишки.

Слизистая оболочка тонкой кишки имеет ворсинки, и каждая ворсинка имеет несколько микроворсинок, тем самым увеличивается площадь поверхности экспоненциально для оптимального поглощения. Внутри ворсинок имеется обширная сеть капилляров, которые переносят поглощенные питательные вещества в печеночную портальную циркуляцию. Кроме того, огромное количество лимфатических капилляров, способствующих транспортировке хиломикронов в венозное кровообращение.

В кишечнике есть как эндокринные, так и экзокринные железы, которые вырабатывают гормоны, ферменты и щелочной слизистый материал. Гормоны, выделяемые тонким кишечником, включают:

• гастрин, вырабатываемый G-клетками (в основном обнаруживается в желудке);
• холецистокинин (CCK), продуцируемый I-клетками;
• секретин, производимый S-клетками в ответ на снижение рН верхних отделов кишечника;
• желудочный ингибирующий пептид (GIP), вырабатываемый К-клетками в ответ на жир, аминокислоты и глюкозу;
• проглюкагон, вырабатываемый L-клетками в дистальном отделе подвздошной кишки и толстой кишки в ответ на глюкозу и жир;
• соматостатин вырабатывается D-клетками в тонком кишечнике, включая желудок и поджелудочную железу;
• вазоактивный кишечный полипептид (VIP), вырабатываемый парасимпатическими ганглиями в тонкой кишке в ответ на растяжение;
• мотилин, вырабатываемый М-клетками.

Ферменты, вырабатываемые тонким кишечником, включают липазу для переваривания жиров, пептидазу для расщепления пептидов, сахаразу, мальтазу и лактазу для расщепления сахарозы, мальтозы и лактозы соответственно. Затем есть железы Бруннера, которые в основном находятся в двенадцатиперстной кишке, которые вырабатывают бикарбонат для нейтрализации кислоты.

В двенадцатиперстной кишке вспомогательные органы пищеварения, такие как печень и поджелудочная железа, производят пищеварительные выделения. 

Печень – самый большой внутренний орган и самая большая железа в организме человека. Он выполняет множество функций, но, как вспомогательный орган пищеварительной системы, вырабатывает желчь, которая эмульгирует жиры и различные липиды для оптимального пищеварения. Желчь, вырабатываемая в печени, хранится в желчном пузыре. Желчный пузырь сокращается, чтобы выпустить желчь в двенадцатиперстную кишку, когда присутствует жирная пища.

Поджелудочная железа также имеет экзокринные железы, которые необходимы для процесса переваривания пищи. Экзокринные железы поджелудочной железы вырабатывают множество предшественников ферментов, которые включают:

• трипсиноген, химотрипсиноген и прокарбоксипептидазу, которые активируются энтеропептидазой в тонком кишечнике;
• активную альфа-амилазу;
• липазы и колипазу, которые действуют на триглицериды и фосфолипиды;
• несколько других ферментов, таких как рибонуклеаза, эластаза и коллагеназа.

Непереваренный, неусвоенный пищевой материал (фекалии) попадает в толстую кишку. Толстая кишка поглощает воду и электролиты. Кроме того, из-за триллионов микробов, которые живут в толстом кишечнике, эти организмы могут расщеплять непереваренный пищевой материал. Кроме того, питательные вещества, такие как витамин К, вырабатываются и всасываются в толстом кишечнике. Перистальтическое движение толстой кишки перемещает кал в прямую кишку. В прямой кишке рецепторы растяжения сигнализируют о начале процесса дефекации, который включает рефлекторное расслабление гладких мышц внутреннего анального сфинктера и сознательное расслабление скелетных мышц внешнего анального сфинктера.

Патологии пищеварительных органов

Заболевания желудочно-кишечного тракта могут быть одной из многих причин, поражающих любое место от рта до анального канала. Аномалии полости рта включают опухоли слюнных желез, такие как плеоморфная аденома, мукоэпидермоидная карцинома и доброкачественные опухоли, все из которых влияют на правильное содержание и выработку слюны.

В пищеводе существует широкий спектр патологий: склеродермия, нарушение моторики пищевода, стриктуры пищевода, эзофагит, ахалазия и варикозное расширение вен пищевода. Эти заболевания могут влиять на поступление пищи в желудок.

Далее по желудочно-кишечному тракту гастрит включает воспаление желудка. Это состояние может варьироваться в зависимости от продолжительности симптомов. Гастрит может иметь острое начало, вызванное НПВП или ишемией слизистой оболочки. Хронические причины гастрита обычно связаны с Helicobacter pylori или аутоиммунным заболеванием. Одной из таких причин аутоиммунного заболевания является пернициозная анемия, состояние, препятствующее правильному образованию внутреннего фактора витамина В₁₂, питательного вещества, жизненно важного для физиологических процессов, таких как синтез ДНК / РНК, кроветворение, неврологические функции.

Дефицит витамина В₁₂ также можно объяснить недостаточным потреблением с пищей, поскольку питательные вещества должны поступать из продуктов животного происхождения или из дополнительных источников пищи.

Заболевания тонкой и толстой кишки включают целиакию, болезнь Уиппла, болезнь Крона и язвенный колит, которые влияют на переваривание и всасывание пищевых продуктов. В дополнение к патологическим состояниям, в младенчестве возникают врожденные заболевания, такие как Гиршпрунг, атрезия желчевыводящих путей, атрезия кишечника, мальротация кишечника и стеноз привратника. Они могут быть опасными для жизни, поскольку не усваиваются достаточные питательные вещества.

Во вспомогательных органах желудочно-кишечного тракта существуют наследственные нарушения гипербилирубинемии, такие как синдром Жильбера, синдром Дублина-Джонсона и синдром Криглера-Наджара. Общим среди этих состояний является нарушение нормальных процессов, которые обеспечивают надлежащее поглощение, конъюгацию и выведение продуктов жизнедеятельности билирубина. Другие патологии вспомогательных органов включают гемохроматоз, болезнь Вильсона, заболевания желчевыводящих путей и панкреатит.

Заболевания желчного пузыря препятствуют правильному хранению желчи из печени, что приводит к нарушению всасывания в кишечнике. Примерами таких состояний являются желчнокаменная болезнь, холедохолитиаз и холецистит.

Список литературы:

1. Н.А. Агаджанян, В.М. Смирнов, Нормальная физиология, учебник, издание 3-е, исправленное и дополненное, Медицинское информационное агентство, Москва, 2012.
2. В.Н.Васильев, Л.В.Капилевич, Физиология, Министерство образования российской федерации, Томский государственный университет, Томск, 2010.
3. М.А. Бутов, П.С. Кузнецов, Обследование больных с заболеваниями органов пищеварения, часть 1, Рязань 2007.