Физиология органов пищеварения
Содержание
Желудочно-кишечный тракт: общие сведения, иммунная защита, кровоснабжение
Пища покрывает потребности организма в энергии и питательных веществах. Для усвоения она должна быть проглочена, подвергнута обработке и расщеплена (переварена), после чего вещества всасываются в кишечнике. Трехслойная мускулатура желудочно-кишечного тракта обеспечивает перемешивание и транспорт содержимого кишечника. Время прохождения по разным сегментам желудочно-кишечного тракта варьирует и в основном зависит от состава пищи (среднее время прохождения см. А).
Твердая пища при пережевывании смешивается со слюной и смачивается ею. Слюна содержит иммунокомпетентные вещества (см. ниже) и ферменты. Пищевод быстро транспортирует пищевой комок в желудок. Нижний сфинктер пищевода открывается только кратковременно, только для прохода пищи. Проксимальная часть желудка в основном служит пищевым резервуаром. Тонус этой части желудка определяет ту скорость, с которой пища проходит в дистальную часть желудка, где подлежит дальнейшей обработке (образование химуса, пищевой кашицы) и где частично перевариваются белки. Дистальная часть желудка (включая привратник) также отвечает за доставку химуса порциями в тонкий кишечник. Желудок секретирует также внутренний фактор.
В тонком кишечнике ферменты поджелудочной железы и слизистой оболочки тонкого кишечника расщепляют питательные вещества на компоненты, которые далее могут всасываться. НСО3 в соке поджелудочной железы нейтрализует кислый химус. Желчные соли в составе желчи необходимы для расщепления жиров. Продукты расщепления (моносахариды, аминокислоты, дипептиды, моноглицериды и свободные жирные кислоты), наряду с водой и витаминами, всасываются в тонком кишечнике.
Побочные продукты (например, билирубин) с желчью, секретируемой печенью, попадают в фекалии и выделяются из организма. Печень также имеет множество других метаболических функций. Она служит, например, обязательной передаточной «станцией» метаболизма и распределения веществ, реабсорбируемых из кишечника, синтезирует белки плазмы крови (включая альбумин, глобулины, факторы свертывания крови, аполипопротеины и т. д.), и там же происходит детоксикация чужеродных веществ путем их биотрансформации и продуктов метаболизма (например, аммония) перед их выделением.
Толстый кишечник является последним отделом, где происходит всасывание воды и ионов. Он населен бактериями и содержит участок хранения фекалий (прямая кишка).
Иммунная защита. Большая внутренняя поверхность желудочно-кишечного тракта (примерно 100 м2) требует очень эффективной системы иммунной защиты. Слюна содержит муцин, иммуноглобулин A (IgA) и лизоцим, которые предотвращают проникновение патогенов. Желудочный сок имеет бактери-цидный эффект. Пейеровы бляшки обеспечивают желудочно-кишечный тракт иммунокомпетентной лимфатической тканью. М-клетки (специальные мембранные клетки) слизистой оболочки эпителия позволяют антигену войти в пейеровы бляшки. Вместе с макрофагами пейеровы бляшки могут вызывать иммунный ответ путем секреции IgA. IgA транспортируется в просвет кишечника путем трансцитоза. В эпителии IgA связывается с секреторным компонентом, защищая его от пищеварительных ферментов. Слизистая эпителия содержит также внутриэпителиальные лимфоциты (ВЗЛ), которые функционируют как Т-киллерные клетки. Медиаторы осуществляют взаимосвязь между ВЗЛ и соседними энтероцита-ми. Макрофаги синусоидных капилляров печени (купферовы клетки) являются дополнительным бастионом иммунной защиты. Физиологические колонии кишечной флоры в толстом кишечнике препятствуют распространению патогенов. IgA грудного молока защищает слизистую желудочно-кишечного тракта новорожденных.
Кровоток в желудке, кишечнике, печени, поджелудочной железе и селезенке (примерно 30% минутного сердечного объема) обеспечивается тремя основными ответвлениями брюшной аорты. Кишечный кровоток регулируется локальными рефлексами, автономной нервной системой и гормонами. Более того, он является ауторегуляторным, т. е. в основном независим от изменений давления в большом круге кровообращения. Кровоток в кишечнике резко возрастает после еды (ацетилхолин, вазоактивный кишечный (интестинальный) пептид (ВИП) и т. д. функционируют как медиаторы расширения сосудов) и падает во время физической активности (медиаторы: норадреналин и т. д.). Венозная кровь несет вещества, реабсорбируемые из кишечного тракта, и входит в печень через воротную (полую) вену. Некоторые компоненты реабсорбированных жиров усваиваются кишечной лимфой, которая транспортирует их в большой круг кровообращения в обход печени.
Взаимосвязь нервной и эндокринной систем
Эндокринные и паракринные гормоны и нейромедиаторы контролируют моторику, секрецию, перфузию и пролиферацию клеток желудочно-кишечного тракта. Рефлексы мезентерического (брыжеечного) и подслизистого сплетений, а также внешняя иннервация модулируют активность нервной системы кишечника (НСК).
Локальные рефлексы запускаются рецепторами растяжения в стенках пищевода, желудка и кишечника или при помощи хеморецепторов слизистой оболочки эпителия и запускают сокращение или релаксацию соседних гладкомышечных волокон. Перистальтические рефлексы распространяются далее к анальным (примерно 20-30 мм) участкам. Они частично модулируются промежуточными нейронами и помогают продвигать содержимое кишечника (перистальтика ЖКТ).
Внешняя иннервация желудочно-кишечного тракта осуществляется парасимпатической нервной системой (от нижней части пищевода до прямой кишки) и симпатической нервной системой. Иннервация также обеспечивается висцеральными афферентными волокнами (симпатических или парасимпатических нервов), по которым поступают афферентные импульсы центральных рефлексов.
Функции НСК в основном независимы от внешней иннервации, однако внешняя иннервация имеет некоторые преимущества: (а) быстрая передача сигнала между сравнительно удаленными частями желудочно-кишечного тракта посредством брюшных ганглиев (короткие висцеральные афферентные волокна) или ЦНС (длинные висцеральные афферентные волокна); (б) функции желудочно-кишечного тракта подчиненные по отношению к всему организму; (в) функции желудочно-кишечного тракта контролируются мозгом, так что организм может о них оповещаться (например, в случае появления желудочных болей).
Нейромедиаторы. Норадреналин (НА) высвобождается адренергическими постганглионарными нейронами, а ацетилхолин (АН) - пре- и постганглионарными (кишечными) волокнами. ВИП (вазоактивный интестинальный пептид) опосредует релаксацию круговых и сосудистых мышц желудочно-кишечного тракта. Мет- и лейэнкефалины интенсифицируют сокращение сфинктера привратника, илеоцекального (подвздошно-слепокишечного) и нижнего пищеводного сфинктеров путем связывания с опиоидными рецепторами. ГВП (гастринвысвобождающий пептид) вызывает высвобождение гастрина. Кальцитонин-гензависимый пептид стимулирует высвобождение соматостатина (СС).
Все эндокринные гормоны, действующие в желудочно-кишечном тракте, являются пептидами, синтезируемыми эндокринными клетками слизистой оболочки, (а) Гастрин и холецистокинин (ХЦК) и (б) секретин и ГИЛ структурно сходны, то же относится к глюкагону и ВИП. Следовательно, высокая концентрация гормонов одного и того же семейства имеет очень похожие эффекты.
Гастрин существует в виде длинной (G34 состоит из 34 аминокислот) и короткой (G17 - из 17 аминокислот) форм. G17 составляет до 90% от всего антрального гастрина. Гастрин секретируется в антруме и двенадцатиперстной кишке. Его высвобождение (А1) при помощи гастринвысвобождающего пептида (ГВП) подлежит нейрональному контролю. Гастрин также высвобождается в ответ на растяжение стенок желудка и наличие фрагментов белка в желудке. Его секреция ингибируется, когда pH в просвете желудка/двенадцатиперстной кишки снижается ниже 3,5 (А1). Основными эффектами гастрина являются секреция кислоты и рост слизистой оболочки кишечника (А2).
Холецистокинин, ХЦК (33 аминокислоты) синтезируется слизистой оболочкой на всем протяжении тонкого кишечника. Длинноцепочечные жирные кислоты, аминокислоты и олигопептиды в просвете кишечника стимулируют высвобождение ХЦК (А1). Это вызывает сокращение желчного пузыря и ингибирует опустошение желудка. В поджелудочной железе он стимулирует синтез ферментов и секрецию НСО3 (через секретин, см. ниже) (А2).
Секретин (27 аминокислот) в основном вырабатывается в двенадцатиперстной кишке. Его высвобождение стимулируется кислым химусом (А1). Секретин ингибирует секрецию кислоты и формирование слизистой желудка и стимулирует секрецию НСО3 (потенцируемую ХЦК), секрецию поджелудочной железы и выработку печенью желчи (А2).
ГИП (глюкозозависимый инсулинотропный пептид, 42 аминокислоты; раньше он назывался кишечным ингибиторным полипептидом, или энтерогастроном) синтезируется в двенадцатиперстной и тощей кишке и высвобождается под действием фрагментов белков, жиров и углеводов (например, глюкозы) (А1). ГИП ингибирует секрецию кислот (А2) и стимулирует высвобождение инсулина (поэтому при пероральном введении глюкозы высвобождается больше инсулина, чем при внутривенном).
Мотилин (22 аминокислоты) высвобождается нейронами в тонком кишечнике и регулирует моторику ЖКТ (А1, 2).
Паракринные медиаторы. Гистамин, соматостатин и простагландин являются основными паракринными медиаторами в желудочно-кишечном тракте.
Слюна
Функции слюны следуют из ее состава. Муцин служит для смачивания пищи, облегчая проглатывание и поддерживая ротовую полость во влажном состоянии для облегчения жевательных и речевых движений. Слюна растворяет компоненты пищи, что является предпосылкой для стимуляции вкусовых сосочков и облегчает оральную и зубную гигиену. Слюна имеет низкую концентрацию NaCl и является гипотоничной, что делает ее подходящей для промывания вкусовых рецепторов (NaCI) во время еды. Младенцы нуждаются в слюне для смыкания губ при сосании. Слюна также содержит а-амилазу, которая начинает переваривание крахмала во рту, а также иммуноглобулин А и лизоцим, являющиеся частью системы иммунной защиты. Высокая концентрация НСО3 в слюне создает pH ~7, что оптимально для катализируемого а-амилазой переваривания пищи. Проглоченная слюна также важна для нейтрализации кислых желудочных соков, забрасываемых в пищевод. Секреция перед рвотой больших количеств слюны также предотвращает повреждение кислотой эмали зубов. Секреция слюны очень зависит от содержания воды в организме. Низкое содержание воды приводит к сниженной секреции слюны - горло и рот становятся сухими, пробуждая, таким образом, чувство жажды. Это важный механизм поддержания баланса жидкости в организме.
Скорость секреции
Скорость секреции слюны варьирует от 0,1 до 4 мл/мин (10-250 мкл/мин на грамм слюнных желез) в зависимости от степени стимуляции (Б). Общая секреция слюны составляет 0,5—1,5 л в сутки. При 0,5 мл/мин 95% слюны секретируется околоушной железой (серозная слюна) и подчелюстной железой (богатая муцином слюна). Остальная слюна происходит из подъязычной железы и желез слизистой оболочки щеки.
Секреция слюны происходит в два этапа: ацинии (концевые отделы железы) производят первичную слюну (А, В), которая имеет электролитный состав, аналогичный плазме крови (Б). Секреция первичной слюны в ацинарных клетках является результатом трансцеллюлярного транспорта CL: CI активно поглощается из крови в клетки (при помощи вторичного активного транспорта) с помощью ко-транспортера Na+-K+-2CI и высвобождается в просвет (вместе с НСО3) через анионные каналы, что приводит к образованию люмен-отрицательного эпителиального потенциала (ЛОЭП), который проводит Na+ в просвет (парацеллюлярно). Пассивно следует также вода (осмотический эффект). Первичная слюна модифицируется в экскреторных протоках, что дает вторичную слюну. При прохождении слюны через экскреторные протоки реабсорбируются Na+ и Сl-, а К+ и (карбоангидразозависимый) НСО3 секретируются в просвет. Слюна становится гипотоничной (гораздо ниже 100 мОсм/кг Н0О; Б), поскольку реабсорбция Na+ и Сl- больше секреции К+ и НСО3 и протоки относительно непроницаемы для воды (Б). Если уровень секреции возрастает до гораздо более высокого, чем 100 мкл/мин • г), эти процессы запаздывают, и состав вторичной слюны становится сходным с составом первичной (Б).
Стимуляция слюноотделения
Рефлекторная стимуляция секреции слюны происходит в больших слюнных железах (Г). К стимулам слюноотделения относятся запахи и вкус пищи, жевание и тошнота. Условные рефлексы также играют роль. Например, обычный стук тарелок при приготовлении пищи может вызвать слюноотделение. Сон и обезвоживание ингибируют секрецию слюны. Выделение слюны стимулируется симпатической и парасимпатической нервной системой (В2).
- Норадреналин запускает секрецию очень вязкой слюны с высокой концентрацией муцина при помощи β2-адренорецепторов и цАМФ. ВИПтакже увеличивает концентрацию цАМФ в ацинарных клетках.
- Ацетилхолин: (а) При помощи М-холинорецепторов и ИТФ ацетилхолин стимулирует увеличение цитозольной концентрации Са2+ в ацинарных клетках. Таким образом, увеличивается проводимость анионных каналов просвета, что приводит к синтезу жидкой слюны и увеличивает экзоцитоз слюнных ферментов;(б) при помощи М3-холинергических рецепторов ацетилхолин опосредует сокращение миозпителиальных клеток вокруг ациния, что приводит к опустошению ациния; (в) ацетилхолин увеличивает синтез калликреина, который расщепляет брадикинин из кининогена плазмы крови. Брадикинин и ВИП расширяют сосуды слюнных желез. Это необходимо, поскольку максимальная секреция слюны сильно превосходит кровоток в покое.
Глотание
Верхняя треть стенки пищевода состоит из поперечно-полосатых мышц, а остальная часть - из гладких мышц. При глотании язык проталкивает пищевой комок в горло (А1). Носоглотка рефлекторно блокируется (А2), дыхание ингибируется, голосовые связки закрываются, надгортанник закрывает трахею (АЗ) и в это время открывается верхний сфинктер пищевода (А4). Перистальтические волны проталкивают пищевой комок в желудок (А5, Б1, 2) Если пищевой комок застревает, растяжение поврежденного участка запускает вторичные перистальтические волны.
Нижний сфинктер пищевода открывается в начале глотания благодаря вазовагальному рефлексу (рецептивная релаксация), опосредованному ВИП-и NO-высвобождающими нейронами (БЗ). В остальное время нижний сфинктер остается закрытым, чтобы предотвратить рефлюкс агрессивных кишечных соков, содержащих пепсин и HCI.
Моторика пищевода обычно измеряется путем определения давления в его просвете, например, во время перистальтических волн (Б1, 2). Давление покоя в нижнем сфинктере обычно составляет 20-25 мм рт. ст. Во время рецептивной релаксации давление в пищеводе снижается, чтобы соответствовать низкому давлению в проксимальной части желудка (БЗ), указывая на открывание сфинктера.
При ахалазии рецептивной релаксации не происходит и пища накапливается в пищеводе.
Давление в нижнем пищеводном сфинктере снижается под действием ВИП, ССК, NO, GIP, секретина и прогестерона и возрастает под действием ацетилхолина, гастрина и мотилина. Увеличенное брюшное давление (внешнее давление) также увеличивает давление в сфинктере, поскольку часть нижнего пищеводного сфинктера расположена в брюшной полости.
Нейтрализация pH. pH остаточного желудочного сока, сохранившегося после очистки объема, все еще низкий, но постепенно увеличивается во время каждого акта глотания. Другими словами, проглоченная слюна нейтрализует остаточный желудочный сок.
Рвотный рефлекс
Рвотный рефлекс играет роль защитного рефлекса, но также является важным клиническим симптомом таких явлений, как внутричерепное кровотечение и опухоли. Процессу рвоты предшествует тошнота, увеличенное слюноотделение и рвотные позывы (В). Центр рвоты расположен в продолговатом мозге внутри ретикулярной формации. В основном он контролируется хеморецепторами зоны пострема, расположенными на дне четвертого желудочка, этот участок называется хеморецепторной триггерной зоной (ХТЗ). Гематоэнцефалический барьер в этом участке не столь непроницаем, как в самом заднем поле ромбовидной ямки.
ХТЗ активируется никотином, другими токсинами, а также дофаминовыми агонистами наподобие апоморфина (используется как рвотное средство). Клетки в районе ХТЗ имеют рецепторы для медиаторов, ответственных за их нейрональный контроль. Рвотный центр также может быть активирован независимо от ХТЗ, например, при аномальной стимуляции органов равновесия (кинезия, морская болезнь), слишком большом растяжении желудка или кишечника, запоздалом очищении желудка и воспалении брюшных органов. Тошнота и рвота часто появляются в первом триместре беременности (утром) и могут развиваться в рвоту у беременных, ведущую к связанным с рвотой расстройствам (см. ниже).
Желудочно-пищеводный рефлюкс. Периодический заброс желудочного сока в пищевод происходит достаточно часто. Рефлюкс может случиться при глотании (если нижний пищеводный сфинктер открылся на пару секунд) из-за неожиданного давления на полный желудок или из-за краткого открытия сфинктера (продолжительностью до 30 с - это часть рефлекса отрыжки). Желудочный рефлюкс сильно понижает pH в дистальном отделе пищевода.
Для предотвращения повреждения слизистой оболочки пищевода после желудочно-пищеводного рефлюкса работают защитные механизмы:
Очистка объема, т. е. быстрый возврат заброшенной жидкости в желудок посредством пищеводного перистальтического рефлекса. Рефлюкс объемом в 15 мл, например, находится в пищеводе 246 около 5-10 с (только небольшой объем остается более долгое время).
При рвоте диафрагма остается в позиции вдоха, брюшные мышцы быстро сокращаются, производя большое давление на желудок. Одновременное сокращение двенадцатиперстной кишки блокирует путь в кишечник; нижний пищеводный сфинктер расслабляется, что приводит к выдавливанию содержимого желудка через пищевод.
Осложнения хронической рвоты сводятся к снижению потребления пищи (недоеданию) и связанной с этим потере желудочного сока, проглоченной слюны, жидкостей и кишечных секретов. Кроме гиповолемии, из-за потери желудочного сока развивается нереспираторный алкалоз (10-100 ммоль Н+/л желудочного сока). Это сопровождается гипокалиемией из-за потерь К+ с рвотными массами (питательные вещества, слюна, желудочный сок) и мочой (связанный с гиповолемией гиперальдостеронизм).
Строение и моторика желудка
Строение
Кардиальный отдел (кольцевое отверстие) соединяет пищевод с дном желудка (верхняя часть), которое переходит в тело и следующий за ним антрум желудка. Нижнее отверстие желудка (привратник) соединяет его с двенадцатиперстной кишкой (А). Размер желудка зависит от степени наполнения, однако его растяжение в основном ограничивается проксимальной частью желудка (А, Б). Стенки желудка имеют внешний слой продольных мышечных клеток (только у изгибов; регулируют длину желудка), слой мощных круговых мышц и внутренний слой косых мышечных волокон. Слизистая оболочка трубчатых желез дна и тела желудка содержит главные клетки (ГК) и обкпадочные клетки (ОК) (А), которые синтезируют компоненты желудочного сока. Слизистая оболочка желудка также содержит эндокринные клетки (синтезирующие гастрин в антруме и т. д.) и клетки слизистой оболочки шейки (КСШ).
Функциональная анатомия
Желудок может быть подразделен на проксимальную и дистальную части (А). Вазовагальный рефлекс, запускаемый глотанием пищевого комка, вызывает открывание нижнего пищеводного сфинктераи кратковременное расширение проксимальной части желудка [рецептивная релаксация). Это продолжается после попадания пищи в желудок (вазовагальный аккомодационный рефлекс). В результате внутреннее давление почти не возрастает, несмотря на увеличение наполнения. Тоническое сокращение проксимальной части желудка, которая в основном служит резервуаром, медленно продвигает содержимое желудка в дистальную часть. Вблизи ее верхней границы (средняя треть тела желудка) находится зона водителя ритма (см. ниже), из которой распространяются перистальтические волны сокращения, в основном благодаря локальной стимуляции стенок желудка (в ответ на рефлекторную стимуляцию и гастрин; Г1). Волны перистальтики являются наиболее сильными в атриуме и распространяются в привратник. Химус продвигается к привратнику (В5, Б, 1), затем сжимается (В2, 3), а после закрытия привратника частично возвращается назад (ВЗ, 4). Таким образом, пища подвергается обработке, т. е. измельчается, смешивается с желудочным соком и переваривается, жиры при этом эмульгируются.
Дистальная часть желудка содержит клетки водителя ритма [интерстициальные клетки), мембранный потенциал которых колеблется каждые 20 с, производя характерные медленные волны. Скорость (0,5-4 см/с) и амплитуда (0,5-4 мВ) увеличиваются с их распространением к привратнику. Будет ли и как часто за этими волнами следовать сокращение, зависит от суммы всех нейрональных и гормональных воздействий. Гастрин увеличивает частоту ответа и скорость водителя ритма. Другие гормоны, такие как ГИП, прямо ингибируют эту моторику, тогда как другие (соматостатин, СС) делают это косвенно путем ингибирования высвобождения ГВП (Г1).
Опорожнение желудка. Твердая пища остается в желудке до тех пор, пока не будет разбита на мелкие частицы (диаметром <1 мм) и суспендирована до химуса. Затем химус проходит в двенадцатиперстную кишку. Время, необходимое для того, чтобы 50% проглоченного объема покинуло желудок, варьирует от 10-20 мин для воды и 1-4 ч для твердой пищи (углеводы < белки < жиры). Опорожнение желудка в основном зависит от тонуса проксимальной части желудка и привратника. Мотилин стимулирует опорожнение желудка (тонус проксимальной части желудка возрастает, привратник расширяется), тогда как снижение pH (осмоляльности химуса) или увеличение количества длинноцепочечных свободных жирных кислот и ароматических аминокислот ингибирует опорожнение желудка. Хемо-чувствительные энтероциты или клетки ворсинок слизистой оболочки тонкого кишечника, внутрижелудочные рефлексы и некоторые гормоны (ССК, ГИП, секретин и гастрин) опосредуют эту регуляторную активность (Г2). Привратник обычно слегка открыт во время этого процесса (свободный поток «готового» химуса). Он сокращается только 1) в конце «антральной систолы» (см. выше) с целью удержания твердой пищи и 2) при сокращении двенадцатиперстной кишки с целью предотвращения оттока вредных желчных солей. Если такой рефлекс имеет место, поступление аминокислот, в норме не присутствующих в желудке, вызывает рефлекторное закрывание привратника (Г2).
Неперевариваемые вещества (кости, волокна, чужеродные тела) не покидают желудок в течение фазы переваривания. Особые волны сокращения, называемые моторными мигрирующими комплексами (ММК), проходят через желудок и тонкий кишечник примерно каждые 1,5 часа во время последующего межпищеварительного периода, что определяется внутренними «биологическими часами». Эти перистальтические волны транспортируют неперевариваемые вещества из желудка и бактерии из тонкого кишечника в толстый кишечник. Эта «очистительная фаза» контролируется мотилином.
Функции тонкого кишечника
Основной функцией тонкого кишечника (ТК) является окончательное переваривание пищи и всасывание продуктов расщепления, а также воды, электролитов и витаминов.
Строение. Тонкий кишечник человека имеет длину примерно 2 м. Он начинается от привратника как двенадцатиперстная кишка, продолжается тощей и заканчивается подвздошной кишкой, которая соединяется с толстым кишечником. Стенки ТК (снаружи вовнутрь) состоят из внешней серозной оболочки (А1), слоя продольных мышечных волокон (А2), мышечно-кишечного сплетения (ауербахово сплетение, АЗ), слоя круговых мышечных клеток (А4), подслизистого сплетения (мейсснерово сплетение; А5) и слизистого слоя (слизистой оболочки, А6), которые покрыты эпителиальными клетками (А13-15). ТК обеспечен кровеносными сосудами (A8), лимфатическими сосудами (А9) и нервами (А10) посредством мезентерия (А7). Поверхность контакта эпителиально-полостной области примерно в 300-1600 раз больше (> 100 м2), чем поверхность гладкой цилиндрической трубки, по причине наличия складок Керкринга (А11), кишечных ворсинок (А12) и микроворсинок, или щеточной каймы (А13).
Ультраструктура и функции. Бокаловидные клетки (А15) раскиданы между энтероцитами, осуществляющими ресорбцию (А14). Слизь, секретируемая бокаловидными клетками, действует как защитная оболочка и лубрикант (смазка). Кишечные железы (либеркюновы железы) (А1В), расположенные в основании ворсинок, содержат: (а) недифференцированные и митотические клетки, которые дифференцируют в клетки ворсинок (см. ниже); (б) клетки слизистой; (в) эндокринные и паракринные клетки, которые получают информацию от хемосенсорных клеток о составе химуса; (г) иммунные клетки. Триггеры в составе химуса запускают секрецию эндокринных гормонов и паракринных медиаторов. Трубчато-альвеолярные железы двенадцатиперстной кишки (бруннеровы железы), расположенные в глубине кишечной стенки (подслизистая оболочка), секретируют жидкость, богатую НСО3 и содержащую урогастрон (человеческий эпидермальный ростовой фактор), важный стимулятор пролиферации эпителиальных клеток.
Обновление клеток. Концы ворсинок постоянно замещаются новыми клетками из либеркюновых желез. Таким образом, весь эпителий тонкого кишечника обновляется каждые 3-6 суток. Отмершие клетки разрушаются в просвете, высвобождая ферменты, запасенное железо и т. д.
Кишечная моторика автономно регулируется кишечной нервной системой, но также подвержена гормональной регуляции и внешней иннервации. Локальные маятникообразные движения (продольных мышц) и сегментация (сокращение/релаксация циркулярных мышечных волокон) гладкой мускулатуры служат перемешиванию содержимого кишечника и приводят последний в контакт со слизистой оболочкой. Процесс усиливается за счет движения кишечных ворсинок. Рефлекторные перистальтические волны (30-130 см/мин) проталкивают содержимое кишечника в направлении прямой кишки со скоростью примерно 1 см/мин. Эти волны особенно сильны во время внутрипищеварительного периода.
Перистальтический рефлекс. Растяжение кишечной стенки во время прохождения пищевого комка (Б) запускает рефлекс, сокращающий просвет за пищевым комком и расширяющийся перед ним. Контролируемые вставочными нейронами (мотонейроны холинергического типа II) с продолжительным возбуждением одновременно активируют циркулярные мышечные волокна за пищевым комком и продольную мускулатуру перед ним. В то же время циркулярные мышечные волокна перед пищевым комком блокируются (аккомодация), а аналогичные волокна за комком деблокируются (Б).
Водители ритма. Кишечник также содержит интерстициальные клетки водителя ритма (клетки Кахаля). Мембранный потенциал этих клеток меняется между 10 и 20 мВ каждые 3-15 мин, образуя медленные волны (В1). Их амплитуда может возрастать (менее отрицательный потенциал) или падать в ответ на нейрональный, эндокринный или паракринный стимулы. Серии потенциалов действия (всплеск пиков) возникают в тот момент, когда мембранный потенциал возрастает выше некоторого порогового значения (примерно -40 мВ) (В2). Когда впадина волны также возрастает выше порогового потенциала, происходит мышечный спазм (ВЗ).
Импульсное проведение. Вспышки пиков проводятся в миоциты через щелевой контакт. Вслед за этим миоциты ритмически сокращаются с той же частотой (или медленнее). По прохождении некоторой дистанции проведение импульса в направлении ануса ухудшается (Г, зона водителя ритма), так что более дистальные клетки (с более низким внутренним ритмом) должны принять на себя функцию водителя ритма. Следовательно, перистальтические волны тонкого кишечника продвигаются только в направлении ануса.
Толстый кишечник
Желудочно-кишечный тракт заканчивается толстым кишечником (слепая кишка и толстая кишка, примерно 1,3 м в длину) и прямой кишкой. Слизистая оболочка толстого кишечника имеет специфические ямки (крипты), большая часть которых выстлана бокаловидными клетками, образующими слизь. Некоторые поверхностные клетки имеют мембрану со щеточной каймой (микроворсинками) и реабсорбируют ионы и воду.
Толстый кишечник выполняет две основные функции: (1) служит в качестве резервуара содержимого кишечника (слепая кишка, нисходящая часть толстой кишки и прямая кишка); (2) там всасываются вода и электролиты, тем самым примерно 500-1500 мл химуса, достигающего толстого кишечника, может сократиться до 100-200 мл. Толстый кишечник не жизненно важный орган; следовательно, большие участки толстого кишечника могут быть удалены, например при лечении рака.
Вода, попадающая в прямую кишку при клизме, реабсорбируется. Ректально доставляемые лекарства (суппозитории) также диффундируют через кишечную стенку в кровоток. Вещества, вводимые этим путем, обходят печень, а также избегают воздействия кислоты желудка и пищеварительных ферментов.
Моторика
Выделяют разнообразные локальные перемешивающие движения толстого кишечника, например сильные сокращения (гаустрация) его сегментов, связанные с формированием карманов, а также антероградные или ретроградные перистальтические волны (водитель ритма, расположенный в поперечной ободочной кишке). Таким образом, содержимое ободочной (толстой) кишки может попасть в слепую кишку. Движение каловых масс происходит 2-3 раза в течение дня (А). Стимул возникает с поступлением новых порций пищи и вызывает желудочно-толстокишечный рефлекс и секрецию желудочно-кишечных гормонов.
Передвижение каловых масс можно наблюдать при помощи рентгеноскопии после введения бариевой взвеси. Как показано на диаграмме (А1-8). А1: бариевая взвесь вводится в 7 ч утра. А2: полдень: бариевая взвесь видна в последней петле подвздошной кишки и в слепой кишке. Прием пищи в обед стимулирует очищение подвздошной кишки. АЗ: через примерно 5 мин вершина бариевой взвеси сдавливается. А4: вскоре после этого бариевая взвесь продвигается в поперечную ободочную кишку. А5: гаустрация разделяет бариевую массу в поперечной ободочной кишке, перемешивая ее содержимое. А6-8: через несколько минут (все еще во время еды) поперечная ободочная кишка резко сокращается, отделяя порцию содержимого кишечника, и быстро проталкивает ее в сигмовидную ободочную кишку.
Кишечные бактерии
Желудочно-кишечный тракт стерилен при рождении, но позже, в первые несколько недель жизни, заселяется перорально введенными бактериями. Толстый кишечник здорового взрослого человека содержит 1011—1012 бактерий/мл (содержимого), подвздошная кишка — 106 на мл. Низкий pH внутри желудка важен как барьер против патогенов. Следовательно, в верхней части тонкого кишечника бактерии практически отсутствуют (0-104). Кишечные бактерии увеличивают активность кишечной иммунной системы («физиологическое воспаление»), а их метаболическая активность очень полезна для хозяина (человека). Бактерии синтезируют витамин К и превращают неперевариваемые вещества (например, целлюлозу) или частично перевариваемые сахариды (например, лактозу) в абсорбируемые короткоцепочечные жирные кислоты и газы (метан, Н2, СО2).
Анус в норме закрыт
Закрытие ануса регулируется поперечной ректальной складкой (складкой Кольрауша), лобково-прямокишечной мышцей, внутренним (непроизвольным) и наружным (произвольным) анальными сфинктерами и венозным сплетением. Оба сфинктера сокращаются тонически, внутренний сфинктер (гладкая мускулатура) - самопроизвольно или после стимуляции симпатическими нейронами (L1, L2) через а-адренорецепторы, а наружный (поперечно-полосатая мускулатура) -после стимуляции срамного нерва.
Дефекация
Заполнение верхней части прямой кишки (ампулы прямой кишки) содержимым кишечника стимулирует ректальные рецепторы растяжения (Б2), вызывая рефлекс расслабления внутреннего сфинктера (аккомодация нейронов посредством ВИП), сокращение наружного сфинктера и позыв к дефекации. Если принято (обычно сознательное) решение произвести дефекацию, прямая кишка укорачивается, лобково-прямокишечная и внешняя мышца сфинктера ануса расслабляются и опосредованное спинальным (S2-S4) парасимпатическим рефлексом сокращение круговых мышц нисходящего колена толстой кишки, сигмовидной ободочной кишки и прямой кишки выталкивает фекалии из организма с помощью увеличения брюшного давления (Б). Нормальная частота эвакуации колеблется от 3 раз в сутки до 3 раз в неделю, в зависимости от содержания в пище неперевариваемых волокон (например, целлюлозы, лигнина). Частый водянистый стул (диарея) и редкий стул (запор) ведут к разнообразным нарушениям.
Стул (фекалии; В). Средний взрослый человек выделяет 60-180 г фекалий в сутки. Примерно четвертую часть составляет сухая масса, а примерно треть - бактерии толстого кишечника.
