Желудочно-кишечный канал

Пищеварение начинается, как известно, с ротовой полости, в которой происходит размельчение, увлажнение и обработка пищи специальными веществами - ферментами, изменяющими ее химический состав. Естественно, что вместе с пищей могут попасть различные болезнетворные микробы. В этом случае действуют защитные свойства слизистой оболочки ротовой полости. Слюна, выделяемая в полость рта железами, содержит особый обеззараживающий фермент - лизоцим. Благодаря ему царапины и раны в слизистой оболочке ротовой полости заживают, как правило, значительно быстрее, чем, например, на поверхности тела. Каждому случалось видеть, как собака зализывает свои раны. Она инстинктивно использует при этом действие лизоцима.

Слюна обладает также способностью нейтрализовать кислую пищу. Первая атака ферментов на пищу начинается в полости рта, так как слюна содержит фермент амилазу, расщепляющий крахмал.

Основная функция следующих отделов - глотки и пищевода - заключается в быстром проведении размельченного и увлажненного пищевого комка в полость желудка. Вот почему слизистая оболочка здесь чрезвычайно гладкая и скользкая.

В желудке пища находится в течение нескольких часов и подвергается значительной химической переработке. Под влиянием желудочного сока крупные молекулы белка превращаются в более мелкие. Защитное значение слизистой оболочки желудка невелико. И это понятно. Ведь в желудок поступает пища, уже измельченная и увлажненная, и повредить стенки желудка она обычно не может.

Главная функция слизистой оболочки - химическое воздействие на однородную пищевую массу. Это и определяет ее строение. Эпителий желудка состоит из одного слоя клеток, которые выделяют слизь и инертный пепсиноген - фермент пепсин, расщепляющий белки. Слизь вырабатывается поверхностными клетками, а фермент - клетками, образующими трубчатые железы, погруженные в толщу слизистой оболочки. Но для того чтобы пепсин начал воздействовать на белки пищи, необходима кислая среда (рис. 29). Соляную кислоту в желудок поставляют трубчатые железы.

Рис. 29. Гидролиз белковой молекулы сводится к разрыву пептидной связи. В отсутствие катализатора гидролиз идет намного медленнее. R - любая из белковых групп общераспространенных аминокислот, из которых построены полипептидные цепи белков

Соляная кислота активизирует пепсиноген, превращая его в пепсин, который начинает энергично расщеплять белки, но не все с одинаковой легкостью. Пепсин легко расправляется с белками мяса и яиц. Очень медленно с белками хрящей и сухожилий. Интересно, что пепсин "пренебрегает" белками, молекулы которых очень невелики.

Свою разрушительную работу пепсин не доводит до конца - до аминокислот, из которых построена молекула белка. Он как бы разбивает эту молекулу на крупные части - полипептиды, состоящие из четырех или восьми аминокислот. При этом могут отскочить и отдельные "кирпичики" - аминокислоты.

Нужен ли нам желудок? Ведь встречаются люди, у которых он полностью или частично удален после операции, а ферменты кишечного сока справляются с перевариванием пищи. Желудок необходим прежде всего потому, что в результате дробления белков пепсином резко увеличивается количество молекул (полипептидов), на которые действуют ферменты кишечника, а это значительно ускоряет дальнейшее переваривание.

Если желудочным соком воздействовать на кусочек слизистой оболочки чужого желудка, он его переварит. Чем же объяснить устойчивость слизистой желудка к собственному пепсину? Здесь, очевидно, существует много причин: защитное действие слизи, обволакивающей слизистую оболочку, слабощелочная реакция клеток этой оболочки (пепсин активен только при кислой реакции). Возможно, в клетках имеется антипепсин, парализующий действие пепсина. И, наконец, действие нервных импульсов, поддерживающих устойчивость стенки желудка по отношению к желудочному соку. Ученые упорно доискиваются - в чем тут дело. А выяснить это очень важно, так как нередки случаи, когда пепсин внезапно атакует стенку желудка, в результате чего возникает язвенная болезнь.

Пепсиноген при кислой реакции сам активирует себя, отщепляя почти пятую часть молекулы и обнажая, таким образом, активный центр. Он превращается в активный пепсин.

В желудочном соке грудных детей и телят содержится фермент химозин, который как бы подготавливает главный белок молока - казеиноген к действию пепсина, переводя его в нерастворимый казеин, в результате чего молоко створаживается. Створоженное молоко задерживается в желудке, и пепсин успевает его обработать.

В желудочном соке имеется фермент, расщепляющий жиры, - липаза. Но фактически его действию подвергается только жир молока. Этот фермент имеет большое значение в пищеварении грудных детей, питающихся только молоком. Желудочный сок содержит также сложный белок - мукопротеид, который обладает способно стью связывать витамин В₁₂ и усиливать его всасывание через слизистую оболочку кишечника. Недостаточность витамина В₁₂, как известно, может привести к тяжелому заболеванию - злокачественной анемии.

Наконец, в состав желудочного сока входит гистамин - своеобразный местный гормон, способствующий выделению соляной кислоты в желудке. Материалом для образования соляной кислоты служит хлористый натрий - NaCl, доставляемый кровью к слизистой оболочке желудка. Но как NaCl превращается в НСl, т. е. откуда берется водород для замены натрия? Здесь, очевидно, действует фермент, обнаруженный в слизистой оболочке желудка, - угольная ангидраза, которая добывает этот водород, соединяя молекулы углекислого газа с водой. А энергию, необходимую для доставки водорода по назначению, очевидно, доставляет вездесущая АТФ.

Поджелудочный сок - жидкость щелочной реакции, содержащая ферменты, которые расщепляют белки, жиры и углеводы. Ферменты, расщепляющие белки, содержатся в пожелудочном соке сначала в недеятельном состоянии. Как только сок коснется стенки двенадцатиперстной кишки, на него действует "фермент ферментов" - энтерокиназа, которая сразу переводит главный фермент - трипсиноген (протрипсин) - в очень активный трипсин, который в свою очередь переводит другой недеятельный фермент в активный химотрипсин. Оба фермента несколько по-разному продолжают дальнейшее расщепление смеси полипептидов и белков, поступивших из желудка, на еще более мелкие осколки, а частично и на аминокислоты. Окончательное расщепление белков и полипептидов завершают несколько различных пептидаз (одна из поджелудочного сока, другая - из кишечного), в результате чего молекулы белков превращаются в аминокислоты. Так завершается переваривание белков. Впрочем, в кишечном соке имеются ферменты, разлагающие и некоторые аминокислоты (например, аргинин - на мочевину и орнитин). Есть также ферменты, ведающие расщеплением нуклеиновых кислот на их составные части.

Переваривание жиров в кишечнике начинает содержащаяся в поджелудочном (и в кишечном) соке липаза. Это происходит с помощью желчных солей желчи, которые переводят недеятельную липазу в активное состояние. Кроме того, желчные соли помогают липазе атаковать жиры, разбивая их на мелкие капли, т. е. превращая в эмульсию. Если доступ желчи в кишечник прекратится (например, при желтухе), часть жира пищи не будет усваиваться организмом. Липаза отщепляет от жиров жирные кислоты и глицерин. Желчные кислоты помогают и в этой стадии, облегчая всасывание жирных кислот.

Переваривание крахмала, начатое амилазой слюны и приостановленное кислым содержимым желудка, возобновляется под действием амилаз поджелудочного и кишечного соков. Эти ферменты расщепляют крахмал (и гликоген) на крупные обломки, состоящие из дисахарида (мальтозы). При этом "отлетает" небольшое количество молекул глюкозы. Мальтозу дробит на молекулы глюкозы фермент мальтаза, выделяющийся с кишечным соком. Здесь же содержатся ферменты: сахараза, расщепляющий сахарозу (обычный сахар), и лактаза, разбивающий молекулу молочного сахара - лактозу. Таким образом, и переваривание углеводов приводит в кишках к конечному образованию глюкозы, небольшого количества фруктозы (из сахарозы) и галактозы (из молочного сахара). Если сахара соединяются с фосфорной кислотой, то на такой случай в кишечном соке имеется фосфатаза, которая освобождает фосфорную кислоту из этого соединения.

Но существует сложный углевод, на который ферменты пищеварительных соков нашего тела не действуют. Это клетчатка, или целлюлоза. Действительно ли она бесполезна как пищевое вещество и служит только баластом, способствующим перистальтике кишок, стенки которых она раздражает, и формированию кала? Нет, это не совсем так. На помощь кишечнику приходят обитающие в нем микробы. Они выделяют ферменты, последовательно расщепляющие клетчатку сначала на растворимые в воде осколки - целлобиозы, затем на молекулы глюкозы и другие продукты, в частности органические кислоты (главным образом уксусную кислоту). Глюкоза и кислоты всасываются в кровь. Таким образом, кишечные микробы успевают переработать в кишечнике половину всей клетчатки, поступающей с пищей. Не всасываются и выделяются из кишечника газообразные продукты работы микробов - углекислый газ, метан, водород.

Помощь кишечных микробов заключается и в том, что они синтезируют многие из необходимых человеку витаминов. Но, к сожалению, микробное население кишечника не довольствуется этим и своими ферментами атакует некоторые аминокислоты, которые превращает в далеко не безопасные, а иногда и просто ядовитые для организма продукты: индол, фенол, скатол, крезол и особенно сильные яды - кадаверин и путресцин. Физиологические кишечные яды частично всасываются, но на страже стоят ферменты - аминооксидазы, которые быстро обезвреживают большую часть этих ядов. А индол и скатол (они придают калу типичный запах) нейтрализуют печень, связывая с серной кислотой. В таком виде они затем выводятся из нашего организма с мочой.

Перейдем к процессу всасывания в кишках. В результате работы пищеварительных ферментов молекулы пищи становятся настолько малы, что могут свободно проникать через эпителий слизистой оболочки кишечника. Начинается чрезвычайно важный для нормальной жизнедеятельности организма процесс - всасывание.

Наиболее интенсивно процесс всасывания идет в той части тонкой кишки, которая является продолжением двенадцатиперстной. В толстой кишке происходит всасывание воды и формирование пищевых остатков, которые затем выводятся из организма. В слизистой оболочке толстой и прямой кишки ворсинок нет, да они и не нужны там, так как процесс всасывания питательных веществ по существу закончился. Зато здесь много клеток и желез, вырабатывающих слизь. Эта слизь надежно предохраняет кишечник от механических повреждений, которые могут вызвать остатки пищи.

Интересно отметить, что слизистая оболочка всего пищеварительного канала обладает еще одним замечательным свойством: она подвижна, легко образует складки, может скользить вокруг пищевых масс, соприкасается с ними своими выступами. Это в значительной мере улучшает обработку пищи, ее всасывание. Подвижность слизистой оболочки обеспечивается специальной мышечной прослойкой, состоящей из гладких мышц. Сокращение этих мышц регулируется нервной системой и не зависит от нашего сознания.

Но ворсинки как аппарат всасывания и частично печень осуществляют только второй подготовительный этап обмена веществ. Их воздействие заключается в такой обработке, которая делает продукты переваривания доступными для использования на третьем, самом основном этапе - внутриклеточном обмене. Этот этап называют также промежуточным, или межуточным, обменом. За ним следует четвертый и последний этап - выведение продуктов обмена из организма, что осуществляется в основном почками, а также кишечником, легкими и в небольшой степени кожей.

До сих пор мы говорили о том, как происходит всасывание у здорового человека. Но и на этом этапе пищеварения довольно часто встречаются нарушения, притом самые разнообразные: расстройства всасывания белков, жиров, углеводов, витаминов, воды, минеральных веществ. И каждое из таких расстройств может иметь далеко идущие неприятные последствия. Ученые так и называют эти расстройства: плохое всасывание.

Дело в том, что сам процесс всасывания далеко не прост. Чаще всего он протекает по принципу активного транспорта. В таком транспорте принимают участие ферментные системы, следовательно, встречаются и ошибки. Примером активного транспорта может служить всасывание глюкозы в кишечнике. Здесь работают две транспортные группы ферментов. Одна берет на себя перенос глюкозы из просвета кишечника в эпителиальные клетки его слизистой оболочки. Другая перебрасывает глюкозу к "концу" клетки, откуда этот сахар, накапливаясь, переходит путем обычной диффузии в кровь. Вот тут-то и можно встретиться с плохим всасыванием (не только глюкозы, конечно).

В последние годы описаны врожденные наследственные заболевания, связанные с непереносимостью различных углеводов пищи. Это редкие заболевания детей, они носят тяжелый характер, так как сопровождаются поражением печени и почек, потерей в весе, поносами и часто приводят к гибели. Причиной этих заболеваний является отсутствие в слизистой кишечника ферментов, участвующих в расщеплении различных Сахаров, в частности продуктов частичного расщепления крахмала - мальтозы и изомальтозы. Наличие или отсутствие ферментов определяется при помощи биопсии слизистой кишечника и выделения этих ферментов.

Из слизистой кишечника выделено несколько отличающихся по свойствам дисахараз. Ошибка обмена веществ выражается в нарушении биосинтеза одной или нескольких дисахараз. Пока еще не удалось выяснить, является ли это результатом одной или нескольких мутаций.

Болезнь можно установить по тому, что у больного употребление в пищу соответствующего сахара не сопровождается обычным подъемом содержания его в крови. Такие болезни успешно лечат, давая больным определенные ферменты, например препарат дрожжевой амилазы.

Интересен другой путь, развитие которого сулит хорошие перспективы для молекулярной терапии. В некоторых случаях уже удается, используя специальные гормоны, индуцировать в организме синтез таких ферментов, действие которых отличается полным сходством с действием отсутствующих ферментов. Таким образом можно искусственно исправлять аномалии обмена веществ. Так, например, при болезни Гирке с успехом применяют синтетический андрогенный гормон галотестин.

В настоящее время разрабатывается еще один, весьма перспективный способ вмешательства путем воздействия на самый процесс мутации. Открыты такие химические вещества, которые подавляют течение мутации. Они могут получить большое применение для борьбы с врожденными заболеваниями.

Гемохроматоз - болезнь, которая выражается в нарушении обмена железа. Ферритин - белок, содержащий в молекуле очень много связанного железа. Им богаты селезенка, печень и слизистая оболочка кишечника. Гемосидерин по химическому составу близок к ферритину. Больше всего его в печени и легких. Наследственный гемохроматоз выражается в повышенном усвоении и отложении железа, главным образом в виде гемосидерина. В организме накапливается избыток железа. Количество гемосидерина возрастает в десятки раз. Перенос железа плазмой крови повышен, а трансферрин содержит трехвалентное железо в количествах, значительно превышающих норму.

Место ошибки обмена веществ при этом точно не установлено. Известно, однако, что баланс железа нарушается за счет того, что усвоение его ежесуточно на 2-4 мг превышает выделение из организма, что вредно для организма. Можно предположить, что здесь имеется дефект блокады слизистой кишечника, делающий невозможным всасывание избыточных количеств железа из пищеварительного канала путем связывания железа апоферритином. Отложение повышенных количеств гемосидерина в печени, сердце, железах внутренней секреции и других органах нарушает, иногда очень серьезно, их работу.

Для больных гемохроматозом обычны цирроз печени, сахарный диабет и синевато-коричневая пигментация кожи. Болезнь обусловлена единичным геном. Она носит аутосомнорецессивный характер и встречается преимущественно у мужчин, так как организм женщины как бы защищается самолечением, теряя много железа при менструациях, во время беременности и кормлении ребенка. Этот принцип лег в основу успешного лечения больных периодическим кровопусканием из вены для удаления излишков железа. Такие кровопускания делают еженедельно, выпуская каждый раз до 500 мл крови, на протяжении многих месяцев и даже лет. При этом контролируется содержание железа в сыворотке крови: когда оно заметно понизится, промежутки между кровопусканиями увеличиваются. Подобное лечение приносит значительное облегчение и приостанавливает развитие болезни. В литературе описано более 100 случаев заболеваний гемохроматозом.