Глава V. Пищеварение

1. Функция пищеварительного аппарата и методы их изучения

Значение пищеварения

С пищей вводятся в организм такие сложные органические вещества, как белки, жиры и углеводы. Эти вещества используются организмом в качестве строительного материала при процессах роста и воссоздании новых клеток взамен отмирающих. Питательные вещества являются и источниками энергии, покрывающими расходы организма.

Не меньшее значение имеют поступающие с пищей витамины, минеральные соли и вода. Они необходимы для создания условий, в которых протекают разнообразные химические реакции, во многих реакциях они сами принимают непосредственное участие. Вода, минеральные соли и витамины усваиваются организмом в неизмененном виде. Что же касается белков, жиров и углеводов, находящихся в пище, то они в таком виде не могут быть усвоены организмом. Прежде всего эти вещества образованы крупными молекулами, которые не могут пройти через стенку пищеварительного тракта. Главное же заключается в том, что организм не может усвоить неизмененные белки, жиры и углеводы. Они для него чужеродны, и, как на всякое чужеродное вещество, в организме против них вырабатываются защитные вещества (антитела). Введение в кровь собак раствора чужеродного белка, например, может вызвать их гибель. А ведь белок так необходим живому организму! Теперь становится понятно, почему основные питательные вещества, прежде чем попасть во внутреннюю среду организма, подвергаются перевариванию.

Пищеварением называют процесс физической и химической обработки пищи и превращения ее в более простые и растворимые соединения, которые могут всасываться, переноситься кровью и без вреда усваиваться организмом.

У просто организованных животных пищеварение внутриклеточное. Примером такого пищеварения является фагоцитоз, с которым вы уже знакомы.

С усложнением животных организмов появляется и другой вид пищеварения - внеклеточное. Это более сложный процесс. Он связан с приспособлением некоторых клеток организма к выделению во внешнюю среду веществ, способных расщеплять белки, жиры и углеводы. Внеклеточное пищеварение осуществляется в пищеварительном тракте - специальных органах, приспособленных для механической и химической обработки пищи. Химическая обработка пищи происходит под действием различных пищеварительных соков, которые вырабатываются в пищеварительных железах.

Пищеварительные ферменты

В организме человека и животных процессы переваривания пищи идут быстро и относительно легко. Под влиянием пищеварительных соков в пищеварительном тракте белки расщепляются до аминокислот, жиры - до глицерина и жирных кислот, а сложите углеводы - до простых сахаров (глюкоза и др.).

Основная роль в химической обработке пищи принадлежит содержащимся в пищеварительных соках ферментам. Ферменты - это биологические катализаторы белковой природы, вырабатываемые самим организмом. Характерное свойство ферментов - их специфичность: каждый фермент действует на вещество или на группу веществ только определенного химического состава и строения, на определенный тип химической связи в молекуле.

Под влиянием ферментов нерастворимые и неспособные к всасыванию сложные вещества превращаются в растворимые и легко-усваиваемые более простые вещества.

Ферменты обладают высокой активностью. По некоторым данным, каждая молекула фермента в течение 1 сек. при температуре 37°С может привести в действие около 300 молекул вещества.

Ферменты особо чувствительны к температуре среды, в которой они действуют. До температуры 40-42 С способность ферментов ускорять химические реакции повышается. Дальнейшее повышение температуры снижает активность ферментов. При температуре 70° С и выше ферменты утрачивают свои каталитические свойства. Каждый фермент имеет наиболее благоприятную для его катализирующей деятельности температуру. Ферменты, действующие в организме человека и высших животных, наиболее активны в среде, где температура 37-40 С.

Для действия ферментов нужна определенная реакция среды. Одни ферменты действуют только в кислой среде, другие - только в щелочной, третьи - в нейтральной.

Методы исследования деятельности пищеварительных желез

С тех пор как было установлено, что пищеварительные железы вырабатывают пищеварительные соки, ученые пытались получить эти соки для анализа. Так, еще в XVII в. голландскому ученому Граафу удалось собрать небольшое количество пищеварительных соков при помощи трубок, введенных в просвет выводных протоков слюнных и поджелудочной желез. Пробовали получить желудочный сок при помощи резиновой губки, которую заглатывали; она впитывала содержимое желудка; затем ее извлекали из желудка за привязанную к ней нитку. Шотландский врач Стивенс обнаружил переваривающее действие желудочного сока человека, воспользовавшись услугами фокусника, который обладал редкой способностью изрыгать попавшие в желудок предметы: фокусник глотал, а через несколько часов рвотными движениями изгонял из желудка специально приготовленные, наполненные пищей свинцовые "пирожки" с отверстиями, через которые в пищу проникал желудочный сок. Естественно, с помощью таких методов было трудно установить состав и свойства пищеварительных соков.

Позже у животных под наркозом вскрывали брюшную полость и из протоков пищеварительных желез получали пищеварительные соки. Но делать какие-либо выводы о закономерностях работы пищеварительных желез было почти невозможно: животное было на операционном столе, под наркозом. Условия явно отличались от нормальных.

Гораздо больше сведений о работе пищеварительных желез можно получить с помощью фистульного метода исследования. Повод для такого метода исследования дали интересные, хотя и случайные, наблюдения за людьми, у которых в результате ранения или заболевания образовался свищ желудка или кишечника. В 1842 г. московский хирург Басов предложил изучать желудочную секрецию у собак с помощью фистулы желудка. Но в этом случае нельзя было получить для исследования чистый желудочный сок, он был смешан с остатками пищи, слюной, слизью, которые всегда имеются в желудке.

Настоящего расцвета и признания фистульный метод достиг благодаря работам великого русского физиолога И. П. Павлова. Проводя хирургические вмешательства, И. П. Павлов образовывал постоянные фистулы, с тем чтобы можно было длительно вести наблюдения за деятельностью той или другой пищеварительной железы. В отличие от своих предшественников И. П. Павлов особое внимание обращал на изыскание таких способов операции, которые позволили бы после выздоровления животного сохранить нормальные условия деятельности как изучаемого органа, так и всего организма.

Благодаря такой фистульной методике можно в любое время наблюдать за функцией оперированного органа. С помощью фистул удается собирать чистые пищеварительные соки, без примеси пищи, точно измерять их количество и определять химический состав в разные фазы пищеварения. Главное достоинство фистульной методики, предложенной И. П. Павловым, состоит в том, что процесс пищеварения изучается в естественных условиях существования организма, на здоровом животном и деятельность органов пищеварения возбуждается естественными пищевыми раздражителями.

Роль И. П. Павлова в изучении деятельности пищеварительных желез столь велика, что эту главу физиологии часто называют русской главой физиологии. В 1904 г. И. П. Павлов был удостоен международной Нобелевской премии.

Однако при всех достоинствах фистульного метода им практически невозможно изучать пищеварительные функции человека. По понятным причинам образование фистул у человека в исследовательских целях не производится. Слюну у человека можно собрать с помощью специальной металлической капсулы - присоски (рис. 43). Капсула присасывается к слизистой оболочке рта так, что в центре ее оказывается проток слюнной железы, по которому слюна теперь поступает не в рот, а в капсулу и через резиновую трубочку выводится наружу в пробирку или стаканчик.

Рис. 43. Собирание слюны у человека с помощью капсулы. Справа изображен внешний вид капсулы

Для извлечения желудочного сока и содержимого двенадцатиперстной кишки используют зонд, который испытуемый заглатывает. Через наружное отверстие такого зонда можно получить сок для исследования.

Некоторые сведения о состоянии желудка и кишечника можно получить, просвечивая области их расположения лучами Рентгена. Перед рентгеновским исследованием человеку дают выпить раствор, плохо пропускающий лучи Рентгена и поэтому дающий хорошую тень на экране (рис. 44).

В момент сокращения мускулатуры желудка, а также при секреции в пищеварительном тракте возникают хотя и незначительные, но достаточные для регистрации электрические явления. Запись электрических явлений в желудке - электрогастрографию - применяют для изучения сократительной деятельности желудка.

Большое будущее у радиотелеметрического метода. Человеку дают проглотить миниатюрный радиопередатчик - радиопилюлю (рис. 45) диаметром 8 м и длиной 15-20 мм. В радиопилюле расположен датчик, который воспринимает концентрацию водородных ионов в содержимом желудка или кишечника, давление внутри них и температуру. Датчик преобразует воспринимаемые показатели в колебания определенной частоты, которые можно уловить с помощью радиоприемника и зарегистрировать. Радиопилюля свободно проходит по пищеварительному тракту и передает информацию о температуре, давлении и реакции среды в разных отделах пищеварительного тракта.

Рис. 44. Рентгеновские снимки желудка человека, сделанные во время пищеварения с интервалами 2-4 сек

Рис. 45. Внешний вид радиопилюль для исследования температуры (1), давления (2) и активной реакции рН (3). Справа для сравнения изображена монета в 1 копейку

Японским исследователям удалось создать радиопилюлю, сигнализирующую о скрытых внутренних кровотечениях: датчик реагирует даже на незначительные примеси крови в желудочном содержимом, что имеет большое значение при обследовании язвенных больных с подозрением на желудочное кровотечение.