Физиология желудочно-кишечного тракта - это раздел физиологии человека, который занимается физическими функциями желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) . Функция желудочно-кишечного тракта - механическая и химическая обработка съеденной пищи, извлечение питательных веществ и вывод продуктов жизнедеятельности. Желудочно-кишечный тракт состоит из пищеварительного канала, который проходит от рта к анусу, а также связанных с ним желез, химических веществ, гормонов и ферментов, которые помогают пищеварению. Основные процессы, происходящие в желудочно-кишечном тракте: моторика, секреция, регуляция, пищеварение и кровообращение. Правильное функционирование и координация этих процессов жизненно важны для поддержания хорошего здоровья, обеспечивая эффективное пищеварение и усвоение питательных веществ. [1] [2]
Подвижность
Желудочно-кишечный тракт генерирует моторику с помощью субъединиц гладких мышц, связанных щелевыми соединениями . Эти субъединицы активируются спонтанно, либо в тоническом, либо в фазовом режиме. Тонические сокращения - это те сокращения, которые поддерживаются от нескольких минут до часов за раз. Они возникают в сфинктерах тракта, а также в передней части желудка. Другой тип сокращений, называемых фазическими сокращениями, состоит из коротких периодов расслабления и сокращения, происходящих в задней части желудка и тонкой кишки, и осуществляется наружной мышечной мышцей .
Подвижность может быть гиперактивной (гипермобильность), приводя к диарее или рвоте, или недостаточной (пониженной моторикой), приводящей к запору или рвоте; любой из них может вызвать боль в животе. [3]
Стимуляция
Стимуляция этих сокращений, вероятно, происходит от модифицированных гладкомышечных клеток, называемых интерстициальными клетками Кахаля . Эти клетки вызывают спонтанные циклы медленных волновых потенциалов, которые могут вызывать потенциалы действия в гладкомышечных клетках. Они связаны с сократительной гладкой мышцей через щелевые соединения. Эти медленные волновые потенциалы должны достичь порогового уровня для возникновения потенциала действия, после чего каналы Ca 2+ на гладких мышцах открываются и возникает потенциал действия. Поскольку сокращение масштабируется в зависимости от того, сколько Ca 2+ поступает в клетку, чем больше продолжительность медленной волны, тем больше возникает потенциалов действия. Это, в свою очередь, приводит к увеличению силы сокращения гладкой мускулатуры. И амплитуда, и продолжительность медленных волн могут быть изменены в зависимости от присутствия нейротрансмиттеров , гормонов или других паракринных сигналов . Количество медленных волновых потенциалов в минуту варьируется в зависимости от расположения в пищеварительном тракте. Это число колеблется от 3 волн в минуту в желудке до 12 волн в минуту в кишечнике. [4]
Модели сокращения
Паттерны сокращения ЖКТ в целом можно разделить на два различных паттерна: перистальтика и сегментация . Мигрирующий двигательный комплекс, возникающий между приемами пищи, представляет собой серию циклов перистальтических волн в отдельных фазах, начиная с расслабления, за которым следует повышение уровня активности до пикового уровня перистальтической активности, длящегося в течение 5–15 минут. [5] Этот цикл повторяется каждые 1,5–2 часа, но прерывается приемом пищи. Роль этого процесса, вероятно, заключается в удалении лишних бактерий и пищи из пищеварительной системы. [6]
Перистальтика
Перистальтика - это один из паттернов, возникающих во время и вскоре после еды. Сокращения возникают в виде волновых паттернов, движущихся по коротким отрезкам желудочно-кишечного тракта от одного участка к другому. Сокращения происходят непосредственно за болюсом пищи, которая находится в системе, заставляя ее двигаться по направлению к анусу в следующий расслабленный участок гладкой мускулатуры. Затем эта расслабленная часть сжимается, обеспечивая плавное поступательное движение болюса со скоростью 2–25 см в секунду. Этот паттерн сокращения зависит от гормонов, паракринных сигналов и правильной регуляции вегетативной нервной системы . [4]
Сегментация
Сегментация также происходит во время и вскоре после еды на короткие отрезки в сегментированном или случайном порядке вдоль кишечника. Этот процесс осуществляется за счет расслабления продольных мышц, в то время как круговые мышцы сокращаются на чередующихся участках, перемешивая пищу. Такое смешивание позволяет пище и пищеварительным ферментам поддерживать однородный состав, а также обеспечивать контакт с эпителием для надлежащего всасывания. [4]
Секреция
Каждый день пищеварительная система выделяет семь литров жидкости. Эта жидкость состоит из четырех основных компонентов: ионов, пищеварительных ферментов, слизи и желчи. Около половины этих жидкостей секретируются слюнными железами, поджелудочной железой и печенью, которые составляют вспомогательные органы и железы пищеварительной системы. Остальная часть жидкости секретируется эпителиальными клетками ЖКТ.
Ионы
Самый большой компонент секретируемых жидкостей - это ионы и вода, которые сначала секретируются, а затем реабсорбируются по ходу тракта. Выделяемые ионы в основном состоят из H + , K + , Cl - , HCO 3 - и Na + . Вода следует за движением этих ионов. Желудочно-кишечный тракт выполняет эту перекачку ионов с помощью системы белков, которые способны к активному транспорту , облегчению диффузии и движению ионов по открытому каналу. Расположение этих белков на апикальной и базолатеральной сторонах эпителия определяет чистое движение ионов и воды в тракте.
H + и Cl - секретируются париетальными клетками в просвет желудка, создавая кислые условия с низким pH, равным 1. H + закачивается в желудок, обменивая его с K + . Этот процесс также требует АТФ в качестве источника энергии; однако Cl - затем следует за положительным зарядом в H + через белок с открытым апикальным каналом.
HCO 3 - секреция происходит для нейтрализации секреции кислоты, которая попадает в двенадцатиперстную кишку тонкой кишки. Большая часть HCO 3 - поступает из ацинарных клеток поджелудочной железы в виде NaHCO 3 в водном растворе. [5] Это результат высокой концентрации как HCO 3 -, так и Na +, присутствующих в канале, создавая осмотический градиент, до которого следует вода. [4]
Пищеварительные ферменты
Вторая важная секреция желудочно-кишечного тракта - это пищеварительные ферменты, которые выделяются во рту, желудке и кишечнике. Некоторые из этих ферментов секретируются дополнительными органами пищеварения, а другие - эпителиальными клетками желудка и кишечника. В то время как некоторые из этих ферментов остаются встроенными в стенку желудочно-кишечного тракта, другие секретируются в неактивной проферментной форме. [4] Когда эти проферменты достигают просвета тракта, фактор, специфичный для определенного профермента, активирует его. Ярким примером этого является пепсин , который секретируется в желудке главными клетками . Пепсин в секретируемой форме неактивен ( пепсиноген ). Однако, как только он достигает просвета желудка, он активируется в пепсин за счет высокой концентрации H +, становясь ферментом, жизненно важным для пищеварения. Высвобождение ферментов регулируется нервными, гормональными или паракринными сигналами. Однако в целом парасимпатическая стимуляция увеличивает секрецию всех пищеварительных ферментов.
Слизь
Слизь выделяется в желудке и кишечнике и служит для смазки и защиты внутренней слизистой оболочки тракта. Он состоит из особого семейства гликопротеинов, называемых муцинами, и обычно очень вязкий. Слизь состоит из двух типов специализированных клеток, называемых слизистыми клетками желудка и бокаловидными клетками кишечника. Сигналы об увеличении выделения слизи включают парасимпатическую иннервацию, реакцию иммунной системы и мессенджеров кишечной нервной системы. [4]
Желчь
Желчь секретируется в двенадцатиперстную кишку тонкой кишки через общий желчный проток . Он вырабатывается клетками печени и хранится в желчном пузыре до высвобождения во время еды. Желчь состоит из трех элементов: солей желчных кислот , билирубина и холестерина. Билирубин - это продукт распада гемоглобина. Присутствующий холестерин выделяется с калом. Компонент желчной соли является активным неферментативным веществом, которое способствует всасыванию жира, помогая ему образовывать эмульсию с водой из-за его амфотерной природы. Эти соли образуются в гепатоцитах из желчных кислот в сочетании с аминокислотой . Другие соединения, такие как продукты распада лекарств, также присутствуют в желчи. [5]
Регулирование
Пищеварительная система имеет сложную систему регуляции моторики и секреции, которая жизненно важна для правильного функционирования. Эта задача решается с помощью системы длинных рефлексов центральной нервной системы (ЦНС), коротких рефлексов кишечной нервной системы (ЭНС) и рефлексов пептидов ЖКТ, работающих в гармонии друг с другом. [4]
Длинные рефлексы
Длительные рефлексы в пищеварительной системе включают сенсорный нейрон, отправляющий информацию в мозг, который интегрирует сигнал и затем отправляет сообщения в пищеварительную систему. Хотя в некоторых ситуациях сенсорная информация поступает из самого тракта GI; в других случаях информация получена из источников, отличных от желудочно-кишечного тракта. В последней ситуации эти рефлексы называются рефлексами прямой связи. Этот тип рефлекса включает реакции на пищу или эффекты, вызывающие опасность в желудочно-кишечном тракте. Эмоциональные реакции также могут вызвать реакцию желудочно-кишечного тракта, такую как ощущение бабочек в желудке при нервозности. Прямые и эмоциональные рефлексы желудочно-кишечного тракта считаются головными рефлексами. [4]
Короткие рефлексы
Контроль над пищеварительной системой также поддерживается ENS, который можно рассматривать как пищеварительный мозг, который может помочь регулировать моторику, секрецию и рост. Сенсорная информация от пищеварительной системы может быть получена, интегрирована и обработана только кишечной системой. Когда это происходит, рефлекс называется коротким рефлексом. [4] Хотя это может иметь место в нескольких ситуациях, ENS также может работать вместе с CNS; блуждающие афференты из внутренних органов принимаются мозговым веществом, эфференты поражаются блуждающим нервом . Когда это происходит, рефлекс называется ваговагальным рефлексом . В ауэрбахово сплетение и подслизистой сплетения оба расположены в стенке кишечника и получают сенсорные сигналы из просвета кишечника или центральной нервной системы . [5]
Пептиды желудочно-кишечного тракта
Для получения дополнительной информации см. Желудочно-кишечный гормон.
Пептиды GI - это сигнальные молекулы, которые выделяются в кровь самими клетками GI. Они действуют на различные ткани, включая мозг, вспомогательные органы пищеварения и желудочно-кишечный тракт. Эффекты варьируются от возбуждающего или подавляющего действия на моторику и секрецию до чувства сытости или голода при воздействии на мозг. Эти гормоны делятся на три основные категории: семейства гастринов и секретинов , третья группа состоит из всех остальных гормонов, в отличие от гормонов двух других семейств. Дополнительная информация о пептидах GI обобщена в таблице ниже. [7]
Секретно | Цель | Влияние на эндокринную секрецию | Влияние на экзокринную секрецию | Влияние на моторику | Прочие эффекты | Стимул к освобождению | |
---|---|---|---|---|---|---|---|
Гастрин | G клетки в желудке | Клетки ECL; париетальные клетки | Никто | Увеличивает секрецию кислоты, увеличивает рост слизи | Стимулирует сокращение желудка | Никто | Пептиды и аминокислоты в просвете; пептид, высвобождающий гастрин, и АХ в нервных рефлексах |
Холецистокинин (ХЦК) | I эндокринные клетки тонкого кишечника; нейроны мозга и кишечника | Желчный пузырь, поджелудочная железа, гладкие мышцы желудка | Никто | Стимулирует ферменты поджелудочной железы и секрецию HCO3. | Стимулирует сокращение желчного пузыря; препятствует опорожнению желудка | Сытость | Жирные кислоты и некоторые аминокислоты |
Секретин | Эндокринные S-клетки тонкого кишечника | Поджелудочная железа, желудок | Никто | Стимулирует секрецию HCO3 поджелудочной железы и печени; подавляет секрецию кислоты; рост поджелудочной железы | Стимулирует сокращение желчного пузыря; Препятствует опорожнению желудка | Никто | Кислота в тонком кишечнике |
Пептид, ингибирующий желудочный | Эндокринные К-клетки тонкого кишечника | Бета-клетки поджелудочной железы | Стимулирует высвобождение инсулина поджелудочной железы | Подавляет секрецию кислоты | Никто | Сытость и липидный обмен | Глюкоза, жирные кислоты и аминокислоты в тонком кишечнике |
Мотилин | Эндокринные М-клетки тонкого кишечника | Гладкая мышца желудка и двенадцатиперстной кишки | Никто | Никто | Стимулирует мигрирующий двигательный комплекс | Действие в мозге, стимулирует мигрирующий двигательный комплекс | Голодание: циклическое высвобождение каждые 1,5–2 часа нервным стимулом. |
Глюкагоноподобный пептид-1 | Эндокринные клетки тонкого кишечника | Эндокринная поджелудочная железа | Стимулирует выброс инсулина; подавляет высвобождение глюкагона | Возможно подавляет секрецию кислоты | Замедляет опорожнение желудка | Сытость; различные функции ЦНС | Смешанные жиры и углеводы |
Пищеварение
- углеводы ( моносахарид , дисахарид )
- белки
- липиды
Спланхническое кровообращение
- Верхняя брыжеечная артерия
- Нижняя брыжеечная артерия
Внешние ссылки
- Заметки в Бристольском университете
- Пищеварительная и физиология в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
Примечания и ссылки
- ^ Trowers, Юджин; Тишлер, Марк (19 июля 2014 г.). Физиология желудочно-кишечного тракта: клинический подход . Springer. п. 9. ISBN 9783319071640.
- ^ «Физиология человека / Пищеварительная система - Викиучебники, открытые книги для открытого мира» . en.wikibooks.org . Проверено 5 сентября 2016 .
- ^ Дроссман, Д.А. (19 февраля 2016 г.). «Функциональные желудочно-кишечные расстройства: история, патофизиология, клинические особенности и Рим IV». Гастроэнтерология . 150 (6): 1262–1279.e2. DOI : 10,1053 / j.gastro.2016.02.032 . PMID 27144617 .
- ^ Б с д е е г ч I Сильверторн, доктор философии, Ди Англауб (2 апреля 2006 г.). Физиология человека: комплексный подход . Бенджамин Каммингс. ISBN 0-8053-6851-5.
- ^ а б в г Bowen DVM PhD, R (5 июля 2006 г.). «Патофизиология пищеварительной системы» . Проверено 19 марта 2008 .
- ^ Носек PhD, TM "Основы физиологии человека" . Архивировано из оригинала на 2008-04-01 . Проверено 19 марта 2008 .
- ^ «Обзор желудочно-кишечных гормонов» . www.vivo.colostate.edu . Архивировано из оригинала на 2018-08-14 . Проверено 16 сентября 2016 .