Нормальная физиология / КР9 Пищеварение и обмен веществ

•Пристеночное (мембранное) пищеварение происходит между микроворсинками щеточной каемки кишечного эпителия. Осуществляется под действием ферментов, фиксированных на клеточной мембране энтероцитов (щеточной кайме):

o они фиксированы так, что их активный центр направлен в полость кишечника;

o ферменты синтезируются клетками кишечника или адсорбируются из его со-

держимого. Пристеночное пищеварение осу-

ществляется в стерильных условиях, т. к. с микроворсинками эпителиоцитов связаны филаменты, образующие гликоликс, играющий роль фильтра.

Пристеночное пищеварение осуществляет конечные этапы гидролиза.

Особенности пристеночного пищеварения.

1.Высокая ферментативная активность:

•ферменты фиксированы и не уносятся с движением химуса;

•ферменты расположены по фракциям (поэтапность обработки субстрата - принцип конвейера);

•активный центр ферментов ориентирован в просвет между ворсинками.

2.Высокая скорость всасывания:

•большая поверхность (каждая клетка имеет до 100 микроворсинок, что увеличивает ее поверхность в 20 раз, доводя общую площадь поверхности всасывания тонкой кишки до 200-300 м2);

•высокая концентрация конечных продуктов гидролиза вблизи поверхности всасывания;

•интенсивный отток по кровеносным и лимфатическим сосудам (за счет сокращения ворсинок).

3.Стерильность - микроорганизмы не проходят по размерам в пространства между микроворсинками и не мешают гидролизу.

Транспорт веществ через кишечный эпителий

Существует два пути транспорта веществ через эпителий кишечника:

•через эпителиальные клетки

•через межклеточное пространство

90% транспорта веществ через эпителий кишечника происходит через межклеточное пространство.

Перенос веществ через межклеточное пространство (плотные контакты) всегда пассивный процесс, не требующий затрат энергии. Он основан на

•Диффузии: перенос в направлении электрохимического или химического градиента

•Конвекции: трансэпителиальный ток воды под действием осмотических или гидростати-

ческих сил.

Пассивный перенос частиц через эпителий зависит от размера пор плотных контактов. Размер и количество пор уменьшается в направлении от проксимальных к дистальным отделам ЖКТ.

Роль межклеточного пространства в транспорте

Два соседних энтероцита и заключенное между ними межклеточное пространство составляют функциональную единицу.

В покое, при отсутствии пищи в просвете кишечника, энтероциты плотно примыкают друг к другу, так, что щель между ними практически не заметна.

Во время процесса пищеварения объем энтероцитов умень-

шается, а межклеточное пространство увеличивается.

Возникающее в процессе переваривания межклеточное гидростатическое давление служит движущей силой для транспорта минеральных солей и воды.

Проницаемость кишечного эпителия в зоне плотных контактов уменьшается в направлении от проксимального к дистальному отделу. При этом электрическое сопротивление мембраны энтероцитов повышается; серозная поверхность эпителия приобретает положительный заряд по отношению к слизистой поверхности (разность потенциалов слизистой и серозной).

Пассивный транспорт веществ через кишечный эпителий

Со стороны щеточной каемки (апикальной мембраны) энтероциты скреплены плотными контак-

тами. Согласно данным электронной микроскопии зона плотных контактов заполнена нитями; плотность контактов зависит не только от количества, но также от состава нитей.

Со стороны серозной оболочки энтероциты обладают базальной мембраной, проницаемой даже для крупных молекул.

Частицы размером 0,8 нм беспрепятственно проникают через кишечный эпителий.

Однако пассивная проницаемость полярных частиц зависит не только от диаметра каналов, но и от

заряда частиц. Диаметр ионов зависит также от их конфигурации, гидратной оболочки и атомного

веса.

Активный транспорт веществ через кишечный эпителий

Важная функция эпителиальной клетки состоит в активном транс-

порте веществ из просвета кишечника в субэпителиальные капилляры и лимфатические сосуды.

Чтобы вещество могло всосаться через эпителий ЖКТ, оно должно

1.проникнуть в эпителиальную клетку (энтероцит) через плазматическую мембрану, обращенную в просвет кишечника,

2.пройти через цитоплазму

3. выйти через базолатеральную мембрану в межклеточное пространство.

Очевидно, что этот ряд барьеров значительно тормозит перенос веществ через энтероцит. В частности, для гидрофильных и отрицательно заряженных веществ липидная мембрана служит главным препятствием.

Характерная особенность активного переноса заключается в том, что вещество перемещается против

градиента концентрации даже при низкой концентрации его в просвете кишечника.

Нередко система активного транспорта работает только при

•мобилизации переносчика другим веществом - сопряженный транспорт.

Всасывание — физиологический процесс переноса веществ из просвета пищеварительного тракта в кровь и лимфу. Всасывание происходит на всем протяжении пищеварительного тракта, но с разной интенсивностью в различных его отделах.

У человека поверхность слизистой оболочки тонкой кишки возрастает за счет круговых складок, ворсинок и микроворсинок. Всасывание питательных веществ происходит главным образом в верхней части кишечных ворсинок. Существенное значение для транспорта питательных веществ имеют особенности организации микроциркуляции ворсинок.

•В основе кровоснабжения кишечных ворсинок лежит густая сеть капилляров, расположенных непосредственно под базальной мембраной.

•Характерными особенностями микроциркуляторного русла ворсинок являются высокая степень фенестрирования эндотелия капилляров и большой размер пор, что позволяет проникать через них довольно крупным молекулам.

•Всасыванию в тонкой кишке способствует также сокращение ее ворсинок. Благодаря ритмическим сокращениям кишечных ворсинок улучшается контакт их поверхности с химусом, а лимфа выдавливается из слепых концов лимфатических капилляров, что создает присасывающее действие центрального лимфатического сосуда.

Кишечная фаза расщепления и всасывания жиров

Вщелочной среде тонкого кишечника при наличии белков, продуктов расщепления предшествующей порции жиров, лецитина и желчных кислот жиры образуют эмульсию с размером капелек около 5 нм.

Втонком кишечнике жиры стимулируют выделение клетками слизистой холецистокинина, активирующего секрецию ферментов поджелудочной железы и сокращения желчного пузыря.

Липаза, секретируемая поджелудочной железой, состоит из двух компонентов – колипазы, образующейся в результате активации проколипазы трипсином и локализованной на границе раздела водной и липидной фаз, и липазы, образующей комплекс с колипазой. Липаза катализирует отщепление от триглицеридов жирных кислот в положениях 1 и 3 с образованием 2-моноглицеридов.

Помимо липазы поджелудочная железа секретирует др. ферменты липидного обмена, также активируемые трипсином: фосфолипазу А2, которая в присутствии ионов Са2+ и желчных кислот отщепляет жирную кислоту от фосфолипида лецитина с образованием лизолецитина. Холестерол обычно присутствует в пище в виде эфиров и высвобождается под действием холестеролэстеразы.

Моноглицериды и жирные кислоты в комплексе с желчными кислотами образуют ми-

целлы (d=3-6 нм)

Мицеллы доставляются к мембране энтероцитов, липиды проникают в клетки, а желч-

ные кислоты используются повторно

Синтез триглицеридов в гладком ЭПР

Образование хиломикронов (состоят из липидов и белка, придающего частицам гидро-

фильность)

Выход хиломикронов из клетки, транспорт по лимфатической системе в венозное русло

Некоторые короткоцепочечные жирные кислоты всасываются непосредственно в портальный кровоток, в силу их большей водорастворимости

Всасывание аминокислот и коротких пептидов

Ферментативный гидролиз: пепсин – не более 10-

15% белков пищи. Панкреатические пептидазы

(эндопептидазы: трипсин, химотрипсин, эластазы + экзопептидазы: кабопептидазы А и В) ак-

тивируются в 12перст кишке трипсином) синтезируются, пока в кишечнике присутствуют белки. Конечные продукты: 30% - аминокислоты, 70% - олигопептиды (2-6 а/к ост).

Основной способ всасывания – транспорт по механизму симпорта с ионами Na+ в цито-

плазму. Посредством пассивной диффузии или с помощью переносчиков они транспортируются из клетки в кровь.

Дипептиды и трипептиды могут поступать в цитоплазму энтероцита посредством механизмов, сопряженных с транспортом протонов. В цитозоле энтероцитов ди- и трипептиды подвергаются гидролизу => в крови появляются а/к как конечные продукты.

Более крупные пептиды – путем пиноцитоза

Всасывание углеводов

УВ: крахмал, гликоген, сахароза, лактоза, глюкоза, фруктоза.

Ферментативный гидролиз: альфа-амилаза слюны и панкреатического сока (преимущественно, в 12перстной кишке) – альфа-1,4-гликозидные связи в крахмале => конечные продукты: мальтоза, декстрины.

Конечные стадии гидролиза углеводов осуществляются непосредственно на мембране микроворсинок энтероцитов в их гликокаликсе ферментами олигосахаридазами + альфа-1,6- ликозидазой (для а-1,6-связей), т.о. завершающие стадии гидролиза и всасывания тесно сопряжены (мембранное пищеварение);

Всасывание глюкозы и галактозы: вторично активный транспорт, сопряженный с Na+

Фруктоза транспортируется белками переносчиками без участия Na+ (облегченная диффузия). Часть фруктозы в клетке превращается в глюкозу

Всасывание в толстом кишечнике

•в подвздошную кишку ежедневно попадает ~1.5 л воды, выводится около 100 мл

•большинство ионов также абсорбируется, выводится незначительные кол-ва

Na+ и Cl-

•Сlабсорбируется в обмен на секрецию HCO3 – нейтрализация кислых продуктов жизнедеятельности бактерий;

•кишечные бактерии синтезируют витамины K (необходим для свертывания крови), B12, тиамин (В1), рибофлавин (B2), различные газы – СО2, H2, CH4

Всасывание в толстом кишечнике про-

исходит в обход воротной системы печени.

Втолстом кишечнике всасывается большая часть Na+ и Cl-, не всосавшихся в тонком кишечнике.

Вто время как обмен натрия и калия в

тонком кишечнике не регулируется, в толстом кишечнике этот процесс контролируется гормоном альдостероном. Альдостерон позволяет всасывать весь натрий, содержащийся в каловой жидкости, однако при этом теряется значительное количество

калия.

Втолстом кишечнике всасываются некоторые вещества и большая часть жидкости, поступающей в этот отдел из тонкого кишечника. В норме не всасывается лишь 50100мл из 1500 мл жидкости, поступающей из тонкого кишечника.

Вещества и жидкости, которые не могут всосаться, выводятся с калом.

При задержке каловых масс всасыванию подвергаются биологически активные и токсические продукты жизнедеятельности бактерий: ка-

даверин, октамин, терамин, пиперидин, диметиламин, гистамин

Секреция в толстом кишечнике Суточное выделение сока толстой кишки составляет 0,05-0,06 л.

рН 8.5-9.0

Плотная компонента сока: слущенные энтероциты, лимфоидные клетки, слизь Жидкая компонента: электролиты, ферменты: пептидазы, липаза, нуклеаза, катепсины, щелочная фосфотаза

•Небольшое количество сока выделяется вне раздражения кишки

•Местное механическое раздражение слизистой увеличивает секрецию в 8-10 раз

•Слизь секретируется бокаловидными клетками

•Ферменты выделяются из слущенных эпителиоцитов (голокриновая секреция)

•Калий секретируется в толстой кишке. В просвете толстой кишки его концентрация, как правило, повышается по сравнению с содержанием этого иона в подвздошной кишке примерно в 7 раз к тому времени, когда химус достигает конечного отдела толстого кишечника.

ФИЗИОЛОГИЯ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ

Вопрос 1. Источники и пути превращения энергии в организме человека. Понятия о первичной и вторичной теплоте. Закон Гесса.

Энергетическая ценность питательных веществ.

Люди – хемоорганогетеротрофы, для синтеза АТФ нужны органические вещества, поступающие с пищей и подвергающиеся катаболизму.

•Обмен веществ и энергии - это совокупность физических, химических и физиологических процессов превращения веществ и энергии в живых организмах, а также обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой.

o Обмен веществ у живых организмов заключается в поступлении из внешней среды различных веществ, в превращении и использовании их в процессах жизнедеятельности и в выделении образующихся продуктов распада в окружающую среду.

•Все происходящие в организме преобразования вещества и энергии объединены общим назва-

нием - метаболизм (обмен веществ).

o Метаболизм можно разделить на два взаимосвязанных, но разнонаправленных процесса: анаболизм (ассимиляция) и катаболизм (диссимиляция).

ПИЩА

Пищеварение

ПИТАТЕЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА

Биологическое окисление +О2

СО2 + Н2О + АТФ + Первичнаятеплота

Анаболизм

•Анаболизм - это совокупность процессов биосинтеза органических веществ (компонентов клетки и других структур органов и тканей).

o Он обеспечивает рост, развитие, обновление биологических структур, а также накопление энергии (синтез макроэргов).

•Анаболизм заключается в химической модификации и перестройке поступающих с пищей молекул в другие более сложные биологические молекулы.

o Например, включение аминокислот в синтезируемые клеткой белки в соответствии

синструкцией, содержащейся в генетическом материале данной клетки.

Катаболизм

•Катаболизм - это совокупность процессов расщепления сложных молекул до более простых веществ с использованием части из них в качестве субстратов для биосинтеза и расщеплением другой части до конечных продуктов метаболизма с образованием энергии.

o К конечным продуктам метаболизма относятся вода (у человека примерно 350 мл

вдень), двуокись углерода (около 230 мл/мин), окись углерода (0,007 мл/мин), мочевина (около 30 г/день), а также другие вещества, содержащие азот (при-

мерно 6 г/день).

•Катаболизм обеспечивает извлечение химической энергии из содержащихся в пище молекул и использование этой энергии на обеспечение необходимых функций.

o Например, образование свободных аминокислот в результате расщепления поступающих с пищей белков и последующее окисление этих аминокислот в клетке с образованием СО2, и Н2О, что сопровождается высвобождением энергии.

NB:

Калория (грамм-калория) – количество тепла, необходимое для нагревания 1 г воды на 1°С. Поскольку калория слишком мелкая единица измерения энергетических процессов в организме, была введена килокалория: 1 килокалория (ккал) = 1000 калорий. Ее используют для количественной оценки обмена энергии.

•В Международной системе единиц (СИ) при измерении энергетических величин используется джоуль (1 ккал= 4,19 кДж).

Энергетическую функцию выполняют:

• углеводы и жиры (взаимозаменяемые источники энергии за счет глюконеогенеза из жиров, НО! преимущественно мозг использует глюкозу, хотя возможно использования кетоновых тел из жиров)

• белки – только в случае голодания, для глюконеогенеза подвергаются распаду собственные белки организма (дистрофии, пример – анорексия)

Первичная теплота – постоянно высвобождается в ходе клеточного метаболизма при окислении веществ вне зависимости от того, совершается внешняя работа или нет. Ее количество является показателем интенсивности основного обмена, обеспечивающего клеточный метаболизм и функционирование жизненно важных органов.

Т.е. часть энергии в процессе катаболизма используется для синтеза АТФ, другая часть этой энергии превращается в теплоту

Вторичная теплота – выделяется при распаде АТФ, а также при совершении организмом любой работы за счет резерва аккумулированной энергии АТФ, образующегося в результате метаболических превращений питательных веществ.

Таким образом аккумулированная в АТФ энергия в последующем используется для осуществления в организме работы и в конечном итоге тоже превращается в теплоту

В физиологических условиях оба вида теплоты находятся в относительном равновесии. Первичная теплота непрерывно рассеивается в окружающую среду, даже если температура последней превышает температуру тела. Это возможно благодаря механизмам саморегуляции, в частности потоотделению и испарению, предотвращающим перегревание организма.

При переохлаждении же оптимальное для метаболизма количество первичной теплоты обеспечивается за счет увеличения доли вторичной теплоты вследствие усиления двигательной активности, и особенно при появлении непроизвольной дрожи (см. вопрос 2).