Текст книги "Нормальная физиология"

Автор книги: Николай Агаджанян

сообщить о нарушении

Текущая страница: 27 (всего у книги 41 страниц)

Методы изучения функций пищеварительного тракта

Изучение секреторной и моторной деятельности желудочно-кишечного тракта проводится как на человеке, так и в эксперименте на животных. Особую роль играют хронические исследования, когда животному предварительно производится соответствующая операция и после восстановительного периода изучаются функции желудочно-кишечного тракта. В основе этих операций лежит принцип максимального сохранения нервных и сосудистых связей, обеспечивающих выполнение функций того или иного органа.

Для изучения секреторной активности применяют выведение на кожу выводных протоков желез, или фистульный метод. Фистула – это искусственно созданное сообщение между полостью органа и внешней средой. Фистульные методы исследования дают возможность получать чистые пищеварительные соки с последующим изучением их состава и переваривающих свойств натощак, после кормления или другой стимуляции секреции; изучать моторную, секреторную и всасывательную функции органов пищеварения; изучать механизмы регуляции деятельности пищеварительных желез. В. А. Басовым (1842 г.) была впервые проведена операция наложения фистулы желудка. Однако с помощью этого метода нельзя было получить чистый желудочный сок.

И. П. Павловым и Е. О. Шумовой-Симаковской (1889 г.) был разработан метод «мнимого кормления», когда животному с фистулой желудка одновременно делалась эзофаготомия (перерезка пищевода). Когда собака ела, пища выпадала из отверстия пищевода, а в желудке выделялся чистый желудочный сок, который собирался из фистулы. Этот метод дает возможность изучать рефлекторную деятельность желез желудка при раздражении рецепторов полости рта. Однако он не позволяет исследовать влияние самой пищи и продуктов расщепления, находящихся в желудке, на секрецию желудочных желез.

Р. Гейденгайном была разработана операция изолированного желудочка, которая давала возможность получить чистый желудочный сок. Но эта операция не учитывала топографию нервов, иннервирующих желудок. При формировании изолированного желудочка нервы перерезались, а желудочек оказывался денервированным. Этим методом можно было изучать только гуморальную фазу желудочной секреции. И. П. Павлов, учтя недостатки методики Р. Гейденгайна, предложил способ операции изолированного желудочка без перерезки нервов, иннервирующих желудок, что дало возможность изучать желудочную секрецию на протяжении всего периода пищеварения.

Для изучения секреторной активности других желез производятся операции наложения фистулы слюнных желез, поджелудочной железы, кишечника. Секреторную и моторную активность кишечника можно исследовать с помощью изолированных отрезков кишки, один или оба конца которых выводят наружу.

Для изучения секреторной и моторной функций желудокно-кишечного тракта у человека используются зондовые и беззондовые методы. Зондовые методы (зондирование желудка, 12-перстной кишки) позволяют определить объем и состав секрета как натощак, так и после стимуляции пищеварительных желез пищей и различными фармакологическими препаратами (гистамином, пентагастрином при оценке желудочной секреции и серно-кислой магнезией при исследовании желчевыведения). В последние годы широко используются эндоскопические методы исследования желудка и кишечника, которые позволяют наряду с визуальным наблюдением за слизистой оболочкой получать биопсийный материал.

При беззондовых методах учитывают содержание в крови и выделение с мочой веществ, освободившихся из принятых препаратов под действием на них пищеварительных секретов. О функциональном состоянии пищеварительных желез также можно судить по активности их ферментов в крови и моче. Разработан также метод эндорадиозондирования. Радиокапсула, проглоченная внутрь, может передавать информацию в виде радиосигналов о параметрах содержимого различных отделов желудочно-кишечного тракта, например рН и др. Радиокапсула с датчиком давления используется для изучения моторной активности пищеварительного тракта.

Для изучения моторной функции пищеварительного аппарата применяются также методы мастикациографии (графическая регистрация жевательных движений нижней челюсти) и электрогастрографии (регистрация с поверхности передней брюшной стенки биотоков желудка, возникающих при его сокращении). В клинике также широко используются методы рентгенологического исследования с помощью рентгеноконтрастных веществ, радиоизотопное сканирование, УЗИ печени и желчного пузыря. Оценка гидролиза и всасывания в клинической практике производится биохимическими методами определения веществ при даче исходных продуктов.

Физиологические основы голода и насыщения

Потребность в питательных веществах выражается в состоянии голода и создает мотивацию поиска и поедания пищи. Совокупность нейронов различных отделов центральной нервной системы, которые определяют пищевое поведение и регулируют пищеварительные функции человека и животного, составляют пищевой центр. Эти нейроны находятся в коре больших полушарий, в лимбической системе, ретикулярной формации, гипоталамусе, где локализуется центр голода. При возбуждении этих ядер у животного развивается гиперфагия – усиленное потребление пищи. Разрушение этих ядер приводит животное к отказу от пищи – афагии. В вентромедиальных ядрах гипоталамуса находится центр насыщения. При стимуляции этих нейронов у животного возникает афагия, при их разрушении – гиперфагия. Между центром голода и центром насыщения существуют реципрокные отношения, т. е. если один центр возбужден, то другой заторможен. Возбуждение или торможение этих ядер происходит в зависимости от содержания питательных веществ в крови, а также сигналов, поступающих от различных рецепторов. Существует несколько теорий, объясняющих возникновение чувства голода.

Глюкостатическая теория – ощущение голода связано со снижением уровня глюкозы в крови.

Аминоацидостатическая – чувство голода создается понижением содержания в крови аминокислот.

Липостатическая – нейроны пищевого центра возбуждаются недостатком жирных кислот и триглицеридов в крови.

Метаболическая – раздражителем нейронов пищевого центра являются продукты метаболизма цикла Кребса.

Термостатическая – снижение температуры крови вызывает чувство голода.

Локальная теория – чувство голода возникает в результате импульсации от механорецепторов желудка при его «голодных» сокращениях.

Насыщение возникает в результате возбуждения нейронов центра насыщения. Выделяют первичное, или сенсорное, насыщение и вторичное, или обменное. Сенсорное насыщение связано с торможением латеральных ядер гипоталамуса импульсами от ре-цепторов рта, желудка, возбуждаемых принимаемой пищей. В то же время возбуждение нейронов вентромедиальных ядер гипоталамуса приводит к поступлению в кровь питательных веществ из депо. Вторичное, обменное, или истинное, насыщение наступает через 1,5 – 2 часа с момента приема пищи, когда в кровь поступают продукты гидролиза питательных веществ. Гормоны желудочно-кишечного тракта также играют важную роль в возникновении чувства голода и насыщения. Холецистокинин, соматостатин, бомбезин и другие снижают потребление пищи. Пентагастрин, окситоцин и другие способствуют формированию чувства голода.

Лекарственные средства, применяемые при нарушении секреторной функции пищеварительного тракта

Широкое применение в клинике нашли лекарственные средства, тормозящие кислотно-пепсиновую секрецию желудочных желез. Эти препараты используются при язвенных поражениях желудка и двенадцатиперстной кишки. В качестве антисекреторных препаратов применяют блокаторы Н2-гистаминовых рецепторов (циметидин) и М-холинолитики (атропин и его аналоги и избирательный блокатор М^холинорецепторов гастроцепин). При назначении неизбирательных М-холинолитиков за счет уменьшения секреции слюнных желез может наблюдаться сухость во рту. Снизить секрецию соляной кислоты можно также, ингибируя активность Na⁺, К⁺–АТФазы в мембранах париетальных клеток. Таким действием обладает препарат омепразол. Для нейтрализации соляной кислоты при гиперацидных гастритах применяют антацидные вещества, повышающие рН. В качестве антацидов используют различные сочетания гидроокиси алюминия и магния, например, в составе препарата альмагеля. Эти вещества обладают также адсорбирующими и обволакивающими свойствами.

При различных нарушениях процессов пищеварения, связанных с недостаточной секреторной способностью желудка, кишечника, поджелудочной железы, расстройствах пищеварения вследствие нарушения диеты, применяют ферментные препараты. Эти лекарственные средства, как правило, являются комплексными препаратами, содержащими определенный набор различных ферментов. При недостаточной функции желудочных желез используют натуральный желудочный сок, получаемый от здоровых собак через фистулу желудка при мнимом кормлении, или препараты, содержащие протеолитические ферменты. Так, из слизистой оболочки желудка свиней получают основной протеолитический фермент пепсин. Имеются лекарственные средства, содержащие сумму протеолитических ферментов желудочного сока (абомин). Эти ферментные средства применяют обычно в сочетании с разведенной соляной (хлористоводородной) кислотой. Получены фармакологические препараты, содержащие амилолитические, протеолитические и липолитические ферменты. Так, например, ферментный препарат из поджелудочных желез убойного скота панкреатин содержит трипсин и амилазу. Комплексный препарат фестал содержит основные компоненты поджелудочной железы (амилазу, липазу, протеазу) и желчи. Препарат панзинорм форте содержит экстракт слизистой оболочки желудка (пепсин, катепсин), экстракт желчи, аминокислоты, трипсин, химотрипсин, амилазу, липазу.

В качестве диагностического средства для определения секреторной способности и кислотообразующей функции желудка используют синтетический аналог гастрина – пентагастрин.

Лекарственные средства, применяемые при нарушениях моторной функции пищеварительного тракта

Учитывая, что ацетилхолин, выделяющийся в окончаниях холинергических нервов, иннервирующих органы пищеварения, вызывает повышение тонуса и перистальтики гладких мышц пищеварительного тракта, при атониях желудка и кишечника применяются фармакологические препараты, возбуждающие холинорецепторы и действующие как эндогенный ацетилхолин (холиномиметики, например, ацеклидин). Аналогичным действием обладают и вещества, инактивирующие фермент холинэстеразу, разрушающую ацетилхолин, что приводит к накоплению эндогенного ацетилхолина (антихолинэстеразные вещества, например прозерин).

При заболеваниях желудочно-кишечного тракта, сопровождающихся спазмом гладких мышц (спастические колиты, пилороспазм, холециститы), применяются лекарственные вещества, напротив, понижающие тонус гладких мышц. Таким действием обладают спазмолитические средства (но-шпа) и холинолитические препараты (атропин, метацин).

Всасывание

Всасывание – это процесс транспорта переваренных пищевых веществ из полости желудочно-кишечного тракта в кровь, лимфу и межклеточное пространство

Оно осуществляется на протяжении всего пищеварительного тракта, но в каждом отделе имеются свои особенности.

В полости рта всасывание незначительное, так как пища там не задерживается, но некоторые вещества, например, цианистый калий, а также лекарственные препараты (эфирные масла, валидол, нитроглицерин и др.) всасываются в ротовой полости и очень быстро попадают в кровеносную систему, минуя кишечник и печень. Это находит применение как способ введения лекарственных веществ.

В желудке всасываются некоторые аминокислоты, немного глюкозы, воды с растворенными в ней минеральными солями и довольно существенно всасывание алкоголя.

Основное всасывание продуктов гидролиза белков, жиров и углеводов происходит в тонком кишечнике. Белки всасываются в виде аминокислот, углеводы – в виде моносахаридов, жиры – в виде глицерина и жирных кислот. Всасыванию нерастворимых в воде жирных кислот помогают водорастворимые соли желчных кислот.

Всасывание питательных веществ в толстой кишке незначительно, там всасывается много воды, что необходимо для формирования кала, в небольшом количестве глюкоза, аминокислоты, хлориды, минеральные соли, жирные кислоты и жирорастворимые витамины A, D, Е, К. Вещества из прямой кишки всасываются так же, как и из ротовой полости, т. е. непосредственно в кровь, минуя портальную кровеносную систему. На этом основано действие так называемых питательных клизм.

Что касается других отделов желудочно-кишечного тракта (желудка, тонкого и толстого кишечника), то всосавшиеся в них вещества вначале поступают по портальным венам в печень, а затем в общий кровоток. Лимфоотток от кишечника осуществляется по кишечным лимфатическим сосудам в млечную цистерну. Наличие клапанов в лимфатических сосудах препятствует возврату лимфы в сосуды, которая по грудному протоку поступает в верхнюю полую вену.

Всасывание зависит от величины всасывательной поверхности. Особенно она велика в тонкой кишке и создается за счет складок, ворсинок и микроворсинок. Так, на 1 мм² слизистой оболочки кишки приходится 30 – 40 ворсинок, а на каждый энтероцит – 1700 – 4000 микроворсинок. Каждая ворсинка – это микроорган, содержащий мышечные сократительные элементы, кровеносный и лимфатический микрососуды и нервное окончание. Микроворсинки покрыты слоем гликокаликса, состоящего из мукополисахаридных нитей, связанных между собой кальциевыми мостиками, и образующего слой толщиной 0,1 мкм. Это молекулярное сито или сеть, которая благодаря отрицательному заряду и гидрофильности пропускает к мембране микроворсинок низкомолекулярные вещества и препятствует переходу через нее высокомолекулярных веществ и ксенобиотиков. Гликокаликс вместе с покрывающей кишечный эпителий слизью адсорбирует из полости кишки гидролитические ферменты, необходимые для полостного гидролиза питательных веществ, которые затем транспортируются на мембрану микроворсинок.

Большую роль во всасывании играют сокращения ворсинок, которые натощак сокращаются слабо, а при наличии в кишке химуса – до б сокращений в 1 минуту. В регуляции сокращения ворсинок принимает участие интрамуральная нервная система (подслизистое, мейснеровское сплетение).

Экстрактивные вещества пищи, глюкоза, пептиды, некоторые аминокислоты усиливают сокращения ворсинок. Кислое содержимое желудка способствует образованию в тонкой кишке специального гормона – вилликинина, стимулирующего через кровоток сокращения ворсинок.

Механизмы всасывания

Для всасывания микромолекул – продуктов гидролиза пита-тельных веществ, электролитов, лекарственных препаратов используются несколько видов транспортных механизмов.

1. Пассивный транспорт, включающий в себя диффузию, фильтрацию и осмос.

2. Облегченная диффузия.

3. Активный транспорт

Диффузия основана на градиенте концентрации веществ в полости кишечника, в крови или лимфе. Путем диффузии через слизистую оболочку кишечника переносятся вода, аскорбиновая кислота, пиридоксин, рибофлавин и многие лекарственные препараты.

Фильтрация основана на градиенте гидростатического давления. Так, повышение внутрикишечного давления до 8–10 мм рт.ст. увеличивает в 2 раза скорость всасывания из тонкой кишки раствора поваренной соли. Способствует всасыванию увеличение моторики кишечника.

Переходу веществ через полупроницаемую мембрану энтероцитов помогают осмотические силы. Если в желудочно-кишечный тракт ввести гипертонический раствор какой-либо соли (поваренной, английской и т. д.), то по законам осмоса жидкость из крови и окружающих тканей, т. е. из изотонической среды, будет всасываться в сторону гипертонического раствора, т. е. в кишечник, и оказывать очищающее действие. На этом основано действие солевых слабительных. По осмотическому градиенту всасываются вода, электролиты.

Облегченная диффузия осуществляется также по градиенту концентрации веществ, но с помощью особых мембранных переносчиков, без затраты энергии и быстрее, чем простая диффузия. Так, с помощью облегченной диффузии переносится фруктоза.

Активный транспорт осуществляется против электрохимического градиента даже при низкой концентрации этого вещества в просвете кишечника, при участии переносчика и требует затраты энергии. В качестве переносчика – транспортера чаще всего используется Na+, с помощью которого всасываются такие вещества, как глюкоза, галактоза, свободные аминокислоты, соли желчных кислот, билирубин, некоторые дии трипептиды.

Путем активного транспорта всасываются также витамин В₁₂, ионы кальция. Активный транспорт крайне специфичен и может угнетаться веществами, имеющими химическое сходство с субстратом.

Тормозится активный транспорт при низкой температуре и недостатке кислорода. На процесс всасывания влияет рН среды. Оптимальная рН для всасывания – нейтральная.

Многие вещества могут всасываться при участии как активного, так и пассивного транспорта. Все зависит от концентрации вещества. При низкой концентрации преобладает активный транспорт, а при высокой – пассивный.

Некоторые высокомолекулярные вещества транспортируются путем эндоцитоза (пиноцитоза и фагоцитоза). Этот механизм заключается в том, что мембрана энтероцита окружает всасываемое вещество с образованием пузырька, который погружается в цитоплазму, а затем переходит к базальной поверхности клетки, где заключенное в пузырек вещество выбрасывается из энтероцита. Этот вид транспорта имеет значение при переносе у новорожденного белков, иммуноглобулинов, витаминов, ферментов грудного молока.

Некоторые вещества, например, вода, электролиты, антитела, аллергены могут проходить через межклеточные пространства. Такой вид транспорта называется персорбцией.

Всасывание белков

Белки под действием пептидаз – ферментов желудочного, кишечного и панкреатического соков расщепляются до олигопептидов, а затем аминокислот и всасываются в кровь. В двенадцати-перстной кишке всасывается 50 – 60% белков пищи и 30% – по мере прохождения химуса до подвздошной кишки, т. е. основная масса белков всасывается в тонком кишечнике (80 – 90%) и только 10% – в толстом под действием бактерий. У новорожденных цельные белки матери (глобулины) поступают из кишечника прямо в кровь ребенка, где они и были обнаружены. Предполагается, что именно это обстоятельство обеспечивает иммунитет ребенка сразу после рождения.

Аминокислоты всасываются с различной скоростью: быстрее всего всасываются аргинин, метионин, лецитин, медленнее – цистеин, фенилаланин, тирозин, а еще медленнее – аланин, серин, глютаминовая кислота. Некоторые иммуноглобулины всасываются путем пиноцитоза. Основной вид всасывания белка – с помощью активного транспорта, т. е. с тратой энергии фосфоросодержащих макроэргов и с участием переносчиков.

Различают четыре системы переноса аминокислот:

1. система переноса нейтральных аминокислот (валина, фенилаланина, аланина)

2. система переноса основных аминокислот (аргинина, цистеина, лизина, орнитина

3. система переноса иминокислот (пролина)

4. система переноса бикарбоновых аминокислот (глутамйновой и аспарагина).

К дополнительной группе относится система для глицина. Натрий также принимает участие во всасывании белка.

Различные аминокислоты одной группы ингибируют перенос друг друга, конкурируя за один и тот же переносчик (конкурентное ингибирование).

Аминокислоты могут освобождаться из энтероцита также с помощью диффузии и облегченной диффузии, но эти два вида транспорта не являются для них основными.

Возраст влияет на всасывание белка. Оно более интенсивно в молодом возрасте.

Уровень белкового обмена, содержание аминокислот в крови, нервные и гуморальные факторы влияют на всасывание белков.

Всасывание углеводов

Углеводы всасываются в кишечнике только в виде моносахаридов. Наиболее интенсивно всасываются глюкоза и галактоза (гексозы), пентозы всасываются медленнее.

Если употребляется пища, богатая углеводами, то их концентрация в просвете кишечника увеличивается и они всасываются путем пассивного транспорта. Но основной путь всасывания глюкозы и галактозы – активный транспорт, сопряженный с переносом натрия. Без натрия эти моносахариды всасываются в 100 раз медленнее, а против градиента концентрации транспорт глюкозы полностью прекращается.

Процесс всасывания глюкозы происходит следующим образом. Аккумулируясь на наружной стороне мембраны энтероцита, обращенной в полость кишечника, глюкоза в присутствии натрия связывается с переносчиком, который по электрохимическому градиенту для натрия диффундирует к внутренней стороне мембраны. В цитоплазме он высвобождает натрий и глюкозу. Затем переносчик и натрий транспортируются снова к наружной стороне мембраны энтероцита, а накопившаяся в цитозоле глюкоза удаляется из клетки в сосуд по градиенту концентрации. Концентрация натрия поддерживается за счет работы энергозависимого натрий-калиевого насоса.

Всасывание углеводов регулируется нейрогуморальными факторами. Парасимпатическая нервная система стимулирует, а симпатическая – тормозит всасывание углеводов.

Спинной мозг, ствол мозга, подкорковые структуры и кора больших полушарий также могут влиять на всасывание углеводов.

Гормоны коры надпочечников, гипофиза, щитовидной железы, серотонин, ацетилхолин усиливают всасывание, а гистамин и особенно соматостатин – замедляют.