Глава 1. Анатомо-физиологическая характеристика пищеварительной системы
В процессе жизнедеятельности человек испытывает постоянную потребность в веществах, необходимых для осуществления пластической и энергетической функций (аминокислоты, моносахара, глицин и жирные кислоты). Источником этих веществ являются белки, жиры и углеводы, поступающие в организм с различными продуктами питания. В процессе пищеварения сложные вещества под действием ферментов расщепляются на простые химические соединения, которые всасываются из кишечника, транспортируются к клеткам и используются ими в различных обменных процессах.
Пищеварительная система состоит из пищеварительного канала и открывающихся в его просвет пищеварительных желез.
Пищеварительный канал представляет полую трубку длиной 8-12 метров, начинающуюся ротовой полостью и заканчивающуюся анальным отверстием, имеющую расширение в области желудка (рис. 1).
Рис. 1. Строение пищеварительного тракта
Пищеварительные железы выделяют:
• слизь, которая помогает продвижению пищевых масс по пищеварительному каналу;
• пищеварительные соки, с помощью которых происходит расщепление пищи до низкомолекулярных веществ, способных всосаться в кровеносные или лимфатические сосуды.
Стенки пищеварительного канала имеют мышечные клетки, сокращение которых способствует продвижению пищи, перемешиванию ее с пищеварительными соками, всасыванию питательных веществ и воды, формированию и удалению непереваренных остатков пищи из организма.
В ротовой полости пища измельчается, перемешивается со слюной и превращается в пищевой комок. Перемешивание осуществляется за счет произвольного сокращения жевательных мышц щек и языка.
В формировании пищевого комка непосредственное участие принимает слюна – смесь секретов, которые поступают по открывающимся в ротовую полость выводным протокам трех пар крупных слюнных желез (околоушных, поднижнечелюстных и подъязычных) и множества мелких слюнных желез, расположенных в слизистой оболочке полости рта. Образование слюны – процесс непрерывный. У взрослого человека за сутки выделяется около 1 литра слюны.
Секрет слюнных желез содержит около 99 % воды и 1 % сухого остатка, в состав которого входят Na+, К+, Са2+, Mg2+, хлориды, фосфаты, сульфаты, бикарбонаты, иодиты, бромиды, фториды, микроэлементы (железо, медь, никель и др.), азотсодержащие компоненты (мочевина, аммиак и др.). Кроме того, в слюне имеются различные белки, в том числе и белковое слизистое вещество муцин, который склеивает измельченную пищу в самостоятельный комок.
Слюна является основным источником кальция, фосфора, цинка и других микроэлементов для зубной эмали.
В слюне обнаружено свыше 50 ферментов, под влиянием которых уже в полости рта начинается химическая переработка пищи: амилаза слюны расщепляет полисахариды (крахмал, гликоген) до мальтозы, которая под действием мальтазы расщепляется до глюкозы.
Слюна защищает слизистую оболочку полости рта от пересыхания и обладает противовирусным и противомикробным действием: лизоцим оказывает бактериостатический эффект, нуклеазы расщепляют нуклеиновые кислоты и предохраняют организм от вирусной инфекции, а иммуноглобулины слюны способствуют элиминации патогенных возбудителей. Кроме того, в слюне обнаружены ферменты свертывания крови, от которых зависят процессы воспаления и регенерации слизистой оболочки полости рта, а также вещества, препятствующие свертыванию крови (антитромбинопластины и антитромбины).
Сформированный в ротовой полости пищевой комок проглатывается и, продвигаясь по пищеводу за счет волнообразных сокращений его стенки, попадает в желудок.
Желудок соединяется с пищеводом через кардиальное отверстие, а с двенадцатиперстной кишкой – через отверстие привратника. Внутренняя поверхность желудка выстлана слизистой оболочкой, в которой содержатся железы, вырабатывающие слизь, ферменты и соляную кислоту. Из-за различного строения фундальные и пилорические железы продуцируют сок разного состава. Сок фундального отдела желудка содержит пепсины, много соляной кислоты и имеет ведущее значение в желудочном пищеварении. Сок пилорического отдела содержит много слизи, мало ферментов и соляной кислоты.
При обычных условиях за сутки у человека выделяется 2–2,5 л желудочного сока. В его состав входят органические (пепсин, гастриксин, ренин, лизоцим, муцин, мукоиды, аминокислоты, мочевина, мочевая кислота) и неорганические вещества (соляная кислота, хлориды, фосфаты, сульфаты, гидрокарбонаты, Na+, К+, Са2+, Mg2+ и др.). Важной составной частью желудочного сока являются мукоиды (желудочная слизь), которые покрывают слизистую желудка по всей поверхности и предохраняют ее от механических повреждений и самопереваривания. Из неорганических компонентов желудочного сока наибольшее значение имеет соляная кислота, которая вызывает набухание белков, облегчая их расщепление пепсинами, создает кислую среду, необходимую для действия пепсинов. В норме pH желудочного сока составляет 1,5–1,8. Кроме того, кислая среда в желудке усиливает антибактериальное действие желудочного сока.
В желудке пища перемешивается и частично переваривается под влиянием желудочного сока: пепсины начинают расщеплять (гидролизовать) белки, фермент ренин (химозин) створаживает молоко в присутствии солей кальция. Под действием ферментов слюны продолжается гидролиз углеводов. В желудке всасываются вода и растворенные в ней минеральные соли, а также слабые растворы алкоголя, глюкоза и в небольших количествах аминокислоты.
При нарушении переваривания в желудке в кале появляются неизмененные (сохранившие поперечно-полосатую исчерченность) мышечные волокна и соединительная ткань.
Далее частично переваренная полужидкая масса (химус) поступает в тонкую кишку На скорость эвакуации содержимого желудка в кишку оказывают влияние многие факторы:
• консистенция пищи – содержимое желудка поступает в кишку, когда его консистенция становится жидкой или полужидкой (жидкости начинают переходить в кишку сразу же после поступления их в желудок);
• характер пищи – углеводистая пища эвакуируется быстрее, чем белковая, жирная пища задерживается в желудке на 8-10 часов;
• степень наполнения желудка и двенадцатиперстной кишки;
• моторная функция желудка и двенадцатиперстной кишки;
• гормоны секретин и холецистокинин-панкреозимин – тормозят моторику желудка и скорость эвакуации его содержимого;
• энтерогастральный рефлекс – выражается в торможении моторной активности желудка при поступлении химуса в двенадцатиперстную кишку
Тонкая кишка является наиболее длинным отделом пищеварительного тракта, располагается в виде петель в брюшной полости и делится на двенадцатиперстную, тощую и подвздошную кишки.
Двенадцатиперстная кишка – начальный отдел тонкой кишки. Начинается от привратника желудка и доходит до тощей кишки. В ее стенке находится большое количество желез, секретирующих богатый слизью щелочной секрет, который защищает слизистую оболочку от воздействия кислого химуса. В двенадцатиперстную кишку открываются общий желчный проток и проток поджелудочной железы, через которые в просвет кишки поступают желчь и панкреатический сок.
Тощая кишка составляет примерно две пятых всей тонкой кишки. Ее петли лежат в левой верхней части брюшной полости.
Подвздошная кишка является продолжением тощей кишки, занимает правую нижнюю часть брюшной полости и впадает в слепую кишку в области правой подвздошной ямки. В слизистой оболочке подвздошной кишки имеются крупные скопления лимфоидной ткани – пейеровы бляшки.
Тонкая кишка содержит много желез, выделяющих кишечный сок и слизь. Именно здесь под воздействием кишечного сока, желчи и сока поджелудочной железы происходит большая часть процессов переваривания пищи и всасывания продуктов гидролиза пищевых веществ в кровеносные и лимфатические сосуды.
За счет многочисленных складок, ворсинок и микроворсинок всасывательная поверхность слизистой оболочки тонкой кишки увеличивается в 300–500 раз.
Пищеварение в тонкой кишке происходит вначале в ее полости – полостное пищеварение, а затем продолжается в зоне кишечного эпителия при помощи ферментов, фиксированных на его микроворсинках и складках – пристеночное пищеварение.
В гидролизе пищевых веществ в двенадцатиперстной кишке особенно велика роль ферментов панкреатического сока, которые расщепляют белки, жиры и углеводы: амилаза превращает углеводы в олигосахара, панкреатическая липаза расщепляет эмульгированные желчью сложные жиры до триглицеридов, рибонуклеаза панкреатического сока расщепляет рибонуклеиновую кислоту до нуклеотидов.
Участие желчи в процессах пищеварения также очень разнообразно:
• нейтрализация кислого желудочного содержимого;
• эмульгация жиров и увеличение поверхности для гидролиза их липазами;
• повышение активности ферментов (панкреатических и кишечных), особенно липаз;
• растворение продуктов гидролиза жира, что способствует их всасыванию;
• всасывание жирорастворимых витаминов, холестерина, аминокислот и солей кальция;
• участие в пристеночном пищеварении за счет облегчения фиксации ферментов;
• усиление моторной и секреторной функций тонкой кишки;
• бактериостатическое действие – тормозит размножение микробов, предупреждает развитие гнилостных процессов в кишечнике. Кишечный сок выделяется железами слизистой оболочки тонкой кишки. В нем обнаружено более 20 различных ферментов (энтерокиназа, пептидазы, щелочная фосфатаза, нуклеаза, липаза, фосфолипаза, амилаза, лактаза, сахараза и др.). В результате пристеночного пищеварения белки гидролизуются до аминокислот, олигосахариды – до моносахаридов, а триглицериды расщепляются до моноглицеридов и жирных кислот, которые при соединении с К+, Na+, Са2+ образуют соли жирных кислот (мыла).
Всасывание аминокислот в разных отделах тонкой кишки осуществляется активно с участием переносчика и энергетическими затратами. Разнесенные кровотоком по всему организму аминокислоты служат исходным материалом для построения различных клеточных белков, гормонов, ферментов, гемоглобина и других веществ белковой природы. Некоторая часть аминокислот используется как источник энергии. Интенсивность всасывания аминокислот зависит от возраста (более интенсивно в молодом возрасте), уровня белкового обмена в организме, содержания в крови свободных аминокислот, нервных и гуморальных влияний.
Всасывание моносахаридов в тонкой кишке активируется транспортом ионов Na+ через мембраны. С наибольшей скоростью всасываются гексозы (глюкоза, галактоза и др.), пентозы всасываются медленнее. С током крови моносахариды поступают в печень, где значительная и× часть задерживается и превращается в гликоген. Часть глюкозы попадает в общий кровоток и используется в качестве источника энергии. Некоторая часть глюкозы превращается в триглицериды и откладывается в жировых депо (печень, подкожный жировой слой и т. п.). Интенсивность всасывания моносахаридов в различных отделах тонкой кишки зависит от скорости гидролиза сахаров, концентрации образовавшихся мономеров и особенностей транспортных систем кишечных эпителиоцитов.
Моноглицериды и жирные кислоты с участием солей желчных кислот путем активного транспорта проходят через мембраны кишечных эпителиоцитов и поступают в кровь. Триглицериды вместе с холестерином, фосфолипидами и глобулинами образуют хиломикроны – мельчайшие жировые частицы, заключенные в липопротеиновую оболочку, которые всасываются в лимфу. Всосавшиеся липиды с кровью и лимфой поступают в общий кровоток. Основное их количество откладывается в жировых депо и используется для энергетических целей.
Усиливают всасывание жиров парасимпатические влияния, гормоны коры надпочечников, щитовидной железы и гипофиза, а также гормоны двенадцатиперстной кишки (секретин и холецистокинин-панкреозимин).
При нарушении ферментативной деятельности поджелудочной железы, кишечника в кале появляются нейтральный жир, измененные мышечные волокна, внеклеточный крахмал. Недостаток желчи приводит к повышению жирных кислот, а при нарушении процессов всасывания в кале увеличиваются мыла.
В тонкой кишке происходит интенсивное всасывание воды, связанное с транспортом сахаров, аминокислот и особенно ионов Na+ и С1. Замедляют всасывание воды отсутствие желчи, торможение центральной нервной системы (например, во время сна), гормоны желудочно-кишечного тракта (гастрин, секретин и холецистокинин-панкреозимин).
Растворимые в воде витамины всасываются путем диффузии (витамин С, рибофлавин). Всасывание жирорастворимых витаминов (A, D, Е, К) тесно связано с всасыванием жиров.
Из подвздошной кишки через илеоцекальное отверстие пищевые массы попадают в толстую кишку.
Толстая кишка является последним отделом пищеварительной системы. В толстой кишке выделяют слепую, ободочную и прямую кишки.
Слепая кишка – представляет собой мешковидное выпячивание и расположена в правой подвздошной ямке. От ее заднемедиальной поверхности отходит червеобразный отросток.
Ободочная кишка – основная часть толстой кишки. В ее состав входят восходящая ободочная кишка, поперечная ободочная кишка, нисходящая ободочная кишка и сигмовидная ободочная кишка, расположенная в левой подвздошной ямке.
Прямая кишка – конечная часть толстой кишки, расположена в полости малого таза и открывается наружу анальным отверстием, через которое непереваренные остатки пищи (каловые массы) во время дефекации выводятся из организма.
В слизистой оболочке толстой кишки имеется много бокаловидных и слизистых желез. Вырабатываемая ими слизь покрывает всю слизистую оболочку, защищая ее от механического повреждения. Секреторная деятельность толстой кишки выражена слабо. Здесь выделяется небольшое количество сока, бедного ферментами. В соке толстой кишки в небольшом количестве содержатся катепсин, пептидазы, липаза, амилаза и нуклеазы.
В толстой кишке происходит накопление кишечного содержимого, заканчиваются процессы переваривания (в основном клетчатки). Всасывание в толстой кишке выражено незначительно. В основном здесь всасывается вода, в небольших количествах могут всасываться глюкоза, аминокислоты и др. Сформировавшиеся каловые массы (детрит – останки бактерий, кишечного эпителия, нерастворимые соли, неперевариваемая клетчатка) выводятся наружу.
Появление в кале перевариваемой клетчатки и внутриклеточного крахмала свидетельствует о нарушении переваривания в тонкой и толстой кишке.
Большое значение в жизнедеятельности организма и функций пищеварительного тракта имеет нормальная микрофлора. В желудке микрофлоры содержится мало, значительно больше ее в тонком отделе кишечника и особенно много в толстой кишке.
Значение микрофлоры кишечника заключается в том, что она участвует в:
• конечном расщеплении непереваренных в тонкой кишке остатков пищи (особенно клетчатки), ферментов и других биологически активных веществ;
• обмене белков, холестерина, желчных и жирных кислот;
• синтезе витамина К и витаминов группы В;
• продукции секреторных IgA;
• подавлении патогенной и гнилостной флоры;
• поддержании в нормальном состоянии перистальтики кишечника.
Анатомо-физиологические особенности пищеварительной системы у детей раннего возраста
Слизистая оболочка полости рта нежная. Слюна имеет низкую бактерицидную способность (мало лизоцима, пропердина, секреторного IgA) и нейтральную или слабокислую реакцию, что может способствовать развитию молочницы слизистой оболочки полости рта.
Ферментативная активность слюны низкая, ее действие направлено на створаживание молока в желудке с образованием мелких хлопьев для облегчения гидролиза казеина.
При грудном вскармливании происходит частичный гидролиз белков, жиров и углеводов за счет ферментов женского молока, активность которых повышается в желудке ребенка.
Слабая выраженность анатомических сужений пищевода (особенно в кардиальном отделе), горизонтальное расположение желудка, преобладание вагусных влияний на моторную функцию пищеварительного тракта (замедлена перистальтика желудка и снижен тонус кардиального сфинктера) предрасполагают у детей грудного возраста к забрасыванию желудочного содержимого в пищевод, частым срыгиваниям и рвоте.
Кислотность желудочного сока обусловлена в основном молочной кислотой и в постнатальном периоде приближается к нейтральной (pH 4–6). Ферментативная активность желудочного сока более низкая и направлена на гидролиз белков и эмульгированных жиров молока. Изменение характера питания стимулирует развитие секреции соляной кислоты и к концу первого года жизни реакция желудочного сока становится более кислой (pH 3–4).
Значительно снижена секреция панкреатического сока и содержание в нем ферментов, принимающих участие в полостном пищеварении. Из-за низкой концентрации в желчи желчных кислот ограничена активность липазы поджелудочной железы, что может приводить к недостаточному перевариванию и адсорбции жиров в тонкой кишке и появлению их в кале (стеаторея).
Низкая секреция кишечного сока и активность гидролитических ферментов обуславливают недостаточность полостного пищеварения, что компенсируется участием в гидролизе относительно большей части тонкой кишки, увеличением удельного веса мембранного и внутриклеточного пищеварения. С возрастанием секреторной деятельности пищеварительных желез пищеварение становится более активным в верхней трети тонкой кишки.
Быстрое развитие пищеварительных желез и их секреторной деятельности в течение первого года жизни обеспечивает адаптацию ЖКТ к быстро изменяющемуся характеру пищи.
Вследствие низкого объема секреции пищеварительных соков, соляной кислоты и слизи снижена барьерная функция ЖКТ, что позволяет патогенной микрофлоре беспрепятственно проникать в кишечник, размножаться и вызывать воспалительные изменения.
Богатая васкуляризация слизистой оболочки тонкой кишки и повышенная ее проницаемость способствуют быстрому всасыванию токсинов и микробов из полости кишечника в кровоток.
Недостаточное развитие эластичной и мышечной ткани стенок кишечника (продольная мускулатура развита лучше циркулярной), несформированность интрамуральной нервной системы предрасполагают к возникновению спазмов, кишечных колик и дискинезий ЖКТ.
Недостаточность фиксирующих мышечно-связочных структур (более длинная и легко растяжимая брыжейка, слабость илеоцекальной заслонки) может приводить к перекрутам и инвагинации кишечника.
Прямая кишка относительно длиннее, слизистая оболочка кишечника значительно тоньше, слабо фиксированы слизистый и подслизистый слои, в связи с чем при тенезмах и упорных запорах возможно выпадение слизистой оболочки прямой кишки через анальное отверстие.
У детей раннего возраста отмечается функциональная незрелость местных специфических и неспецифических защитных систем:
• недостаточное количество пейеровых бляшек, склонность к незавершенности фагоцитоза облегчает размножение и проникновение инфекционных агентов через кишечную стенку с развитием генерализованных (септических) форм кишечных инфекций;
• дифференцировка Th-лимфоцитов направлена преимущественно на образование Th2 (с повышением продукции IL-4, IL-10, IgG и IgE), что, с одной стороны, способствует формированию пищевой аллергии у детей с периода новорожденности, с другой стороны, снижение образования Thl (с понижением продукции IL-6, IL-12, IL-18, IFN-y и IgA) у детей в этом возрасте способствует снижению противовирусной защиты организма в целом и предрасполагает к развитию вирусных кишечных инфекций;
• недостаточен синтез иммуноглобулинов в кишечнике – продукция SIgA начинается с 3-месячного возраста и окончательно формируется лишь к 7–8 годам. Кроме того, защитная функция SIgA усиливается в присутствии лактоферрина, который у детей раннего возраста вырабатывается еще в низких концентрациях. Микрофлора кишечника детей первых месяцев жизни зависит от характера питания, отличается малым разнообразием и недостаточной способностью к саморегуляции. При грудном вскармливании характерен более высокий уровень бифидобактерий, при искусственном, как правило, высеваются аэробные и анаэробные условно-патогенные микробы. После введения прикорма состав флоры становится более разнообразным, меняется состав бифидо-флоры, увеличивается количество лактобактерий и строгих анаэробов. Окончательное формирование биоценоза кишечника происходит к 2-летнему возрасту.