3 Биохимия и физиология питания
3.1 Биохимия пищеварительного акта
Питанием в широком смысле слова обозначается система процессов: добывание пищи; потребление пищи; пищеварение и всасывание. Пищеварение осуществляется в интересах всего организма; в выполнении этой жизненно важной функции участвуют многие органы и системы. Двигательные механизмы обеспечивают перемещение по пищевой цепи; нервная система осуществляя ет распознавание трофических звеньев и управление тактикой действия пищеварительных органов; иммунная система контролирует переработку пищи.
Пищеварительный акт запускается подкорковым мозговым пищевым центром, расположенном в гипоталамусе, который находится в промежуточном мозге и имеет представительство в других областях мозга. Пищевой гипоталамический центр состоит из центра голода и центра сытости. На основе анализа состояния организма, внешней ситуации, сопоставления этой информации с образом трофического статуса и нутритивной тактики пищевой подкорковый центр и кора головного мозга определяют приоритеты.
В регуляции пищевого поведения важную роль играют гормоны, центральные и периферические рецепторы, через которые поступают сигналы, меняющие пищевую активность.
Потребляемая пища и процессы ее ассимиляции в желудочно-кишечном тракте преобразуются в различные информационные потоки, от которых зависит увеличение или снижение пищевой активности.
Пищеварение – продолжительный и непрерывный акт поступления пищи, ее переваривания и всасывания.
Пищеварение делится на полостное и мембранное. Полостное пищеварение осуществляется в полости рта, желудка, тонкого и толстого кишечников. Мембранное пищеварение осуществляется на уровне поверхности мембраны клетки и межклеточного пространства, характерно для тонкого кишечника. Начинается процесс пищеварения с условно рефлекторного сигнала нервной системы, в результате которого приходят в готовность железы внутренней секреции пищеварительного тракта. Еда попадает в рот. Акцепторные точки языка оценивают вкус, реагируют па температуру и консистенцию. Включается в работу жевательный аппарат, пища измельчается, перетирается, перемешивается, смачивается слюной, содержащей муцин и ферменты. Пищевой комок из полости рта попадает в глотку, а далее через пищевод в желудок и кишечник.
Пищеварение акт длительный и непрерывный, который продолжается по мере продвижения пищевого комка до границы тонкого кишечника с толстым.
Процессы переваривания и всасывания продуктов питания состоят из ряда последовательных этапов обработки пищи большим набором различных ферментов, основными из которых являются протеазы, липазы и амилазы, расщепляющие соответственно белки, жиры и углеводы. Они действуют в строго определенных условиях среды (при определенной температуре и рН).
С помощью соков и ферментов желудка, кишечника, поджелудочной железы и печени пища расщепляется до мельчайших частиц, способных через стенки желудка, тонкой и толстой кишки проникать в лимфатические и кровеносные сосуды, поступая затем во внутреннюю среду организма. По воротной вене расщепившиеся частицы белков, жиров, углеводов и других компонентов пищи попадают в печень, где они очищаются, а затем разносятся по всем клеткам и тканям организма и используются в качестве строительного и энергетического материала. В клетках под действием ферментов и кислорода происхо дит дальнейшее расщепление этих субстратов с выделением энергии, необходимой для жизнедеятельности организма.
Обмен веществ – сложный процесс их превращения – представляет собой единство двух противоположных и параллельно протекающих в организме процессов – ассимиляции и диссимиляции.
Ассимиляция или анаболизм объединяет все реакции организма, связанные с синтезом необходимых веществ и их использованием для обеспечения жизнедеятельности, роста и развития.
Диссимиляция или катаболизм включает реакции, связанные с распадом веществ, их окислением и выделением из организма продуктов распада. Так, весьма упрощенно, с большой долей условности представляется сложнейший процесс пищеварения.
3.2 Физиология пищеварения
Пищеварение – сложный процесс, в котором принимают участие органы и отделы пищеварительной системы.
Начинается пищеварение в ротовой полости. При попадании пищи в рот организм реагирует на ее температуру, вкус и консистенцию. Включается в работу жевательный аппарат. В ротовой полости пища в процессе жевания измельчается, смачивается слюной и превращается пищевой комок. Под действием ферментов слюны (амилазы и мальтозы) расщепляются углеводы пищи. Мальтоза расщепляет мальтозу на две молекулы глюкозы. Под действием амилазы крахмал превращается сначала в декстрины, а затем в дисахарид мальтозы.
Разжеванная, смоченная слюной и ставшая более скользкой пища в виде комка перемещается на корень языка, попадает в глотку, затем в пищевод и желудок. Когда пища проходит по пищеводу и растягивает его, рефлекторно раскрывается вход из него в желудок. После перехода пищи в желудок вход в него из пищевода снова закрывается и остается закрытым до нового поступления пищи в пищевод из ротовой полости. Однако при некоторых патологических состояниях вход в желудок во время пищеварения остается не полностью закрытым и кислое содержимое из желудка может попадать в пищевод. Это сопровождается неприятным ощущением, которое называется изжогой. Вход из пищевода в желудок может открываться также при резких сокращениях желудка, брюшных мышц и диафрагмы во время рвоты.
Пищеварение в желудке происходит в течение 4 – 8 ч. Желудок в процессе эволюции возник как орган, «складирующий» пищу и осуществляющий начальные стадии ее переваривания. В желудке происходит полостное пищеварение с помощью собственных ферментов и автолиз – расщепление пищи ферментами, находящимися в ней самой. В желудке происходят химические изменения пищевых веществ под действием желудочного сока. Он представляет собой бесцветную прозрачную жидкость, которая содержит соляную кислоту и потому имеет, кислую реакцию. Концентрация соляной кислоты в желудочном соке человека обычно составляет 0,4 – 0,5 %. Желудочный сок содержит протеазы (пепсин, гастриксин, желатиназа), расщепляющие белки, и липазу, расщепляющую жиры. В процессе переваривания пищи в желудке большую роль играет соляная кислота желудочного сока. Соляная кислота повышает ферментативную активность ферментов, вызывает денатурацию и набухание белков, оказывает бактерицидное действие. В зависимости от объема, характера и консистенции пищевой комок задерживается в желудке на несколько часов. Пища, богатая углеводами, эвакуируется быстрее, чем богатая белками; жирная пища задерживается в желудке на 8 – 10 ч. Содержимое желудка переходит в кишечник, когда его консистенция становится жидкой или полужидкой.
Пищеварение в кишечнике начинается с поступления пищи из желудка в двенадцатиперстную кишку. В двенадцатиперстной кишке пища подвергается действию поджелудочного сока, желчи, а также сока находящихся в слизистой оболочке этой кишки специальных желез (бруннеровых и либеркюновых). Иногда поджелудочный сок называют панкреатическим соком – от латинского «панкреас», что означает «поджелудочная железа». Выделяемый поджелудочной железой сок представляет собой бесцветную прозрачную жидкость с рН 7,8 – 8,4. Поджелудочный сок содержит ферменты, расщепляющие белки и полипептиды: трипсин, химотрипсин, эластазу, карбоксипептидазы и аминопептидазы. Кроме них в поджелудочном соке присутствуют: липаза, расщепляющая жиры; амилаза, заканчивающая полное расщепление крахмала до дисахарида – мальтозы; рибонуклеаза и дезоксирибонуклеаза, расщепляющие соответственно рибонуклеиновые и дезоксирибо-нуклеиновые кислоты. Секреция поджелудочного сока начинается через 2 – 3 мин после приема пищи и продолжается 6 – 14 ч в зависимости от состава пищи. Наиболее длительна она при приеме жирной пищи.
Большая роль в пищеварении принадлежит печени. Клетки печени вырабатывают и секретируют желчь, которая собирается в желчном пузыре, а из него поступает в двенадцатиперстную кишку для участия в процессах пищеварения. Желчь выполняет целый ряд функций: она резко повышает активность липазы; эмульгирует жиры, чем способствует улучшению их взаимодействия с липазой; участвует во всасывании жирных кислот; усиливает моторику (перистальтику) кишечника. Нарушения в образовании желчи или ее поступлении в кишечник влекут за собой сдвиги в процессах переваривания и всасывания жиров. В состав желчи входят специфические органические вещества, которыми являются желчные кислоты и желчный пигмент билирубин. В желчи содержатся также лецитины (фосфатидилхолины), холестерин, жиры, мыла, муцин (слизь) и неорганические соли. Реакция желчи слабощелочная. В сутки у взрослого человека выделяется 500 – 700 мл желчи. Поступление желчи в двенадцатиперстную кишку происходит через 5 – 10 мин после приема пищи.
Вдоль всей внутренней оболочки тонкого кишечника расположены либеркюновые железы, которые вырабатывают и секретируют кишечный сок, дополняющий своим действием переваривание пищевых веществ, начатое в ротовой полости и желудке и продолженное в двенадцатиперстной кишке.
Кишечный сок представляет собой бесцветную жидкость, мутноватую от примеси слизи и эпителиальных клеток. Он имеет щелочную реакцию. Кишечный сок содержит энтерокиназу, которая является ферментом-активатором всех протеолитических ферментов поджелудочного сока. В нем также содержатся ферменты, действующие на углеводы, жиры и полипептиды, образующиеся при расщеплении белков в желудке и двенадцатиперстной кишке.
Наряду с полостным пищеварением в тонком кишечнике происходит пристеночное пищеварение, осуществляемое теми же ферментами, но находящимися на внутренней поверхности тонкой кишки. Этот вид пищеварения также называют контактным или мембранным. Особо важную роль мембранное пищеварение играет в расщеплении дисахаридов до моносахаридов, мелких пептидов – до аминокислот.
В тонком кишечнике происходит всасывание образовавшихся в результате переваривания пищевых веществ. Через множество ворсинок его поверхности продукты расщепления белков и углеводов поступают в кровь, а продукты расщепления жиров – в лимфу. Общая всасывающая поверхность кишечника составляет около 500 квадратных метров благодаря большому количеству особых складок и ворсинок, а также вследствие особой структуры эпителиальных клеток, выстилающих 1 кишечник. Клетки слизистой содержат 4 000 выростов – микроворсинок. Поверхность микроворсинок покрыта гликокаликсом.
Гликокаликс с микроворсинками играет роль пористого катализатора. Значение катализатора состоит в том, что он увеличивает активную поверхность. Кроме того, микроворсинки участвуют в переносе веществ в процессе работы катализатора в тех случаях, когда поры имеют те же размеры, что и молекулы.
Гликокаликс характеризуется высокой гидрофилъностью и придает процессам переноса направленный характер, а также является дополнительным звеном, снижающим поток антигенов и токсинов во внутреннюю среду организма.
Передвижение пищевого комка в тонком кишечнике происходит в результате координированных сокращений поперечных и продольных мышечных волокон, расположенных в стенке кишок.
В толстых кишках в нормальных физиологических условиях также происходит всасывание пищевых веществ, но оно не велико. За сутки в толстых кишках всасывается 0,4 – 0,5 л жидкости, а в тонком кишечнике – 2 – 3 л/ч.
Толстый кишечник является конечной частью пищеварительного тракта человека, но его функции весьма важны. Началом толстой кишки считается слепая кишка, на границе которой с восходящим отделом в толстую кишку впадает тонкая. Заканчивается толстая кишка наружным отверстием заднего прохода. Общая длина толстой кишки у человека составляет около 2 м.
Рассмотрим наиболее важные функции толстой кишки. Всасывательная. В толстом кишечнике преобладают процессы обратного всасывания.
В нем всасываются глюкоза, витамины и аминокислоты, вырабатываемые бактериями кишечной полости.
Эвакуаторная. В толстой кишке накапливаются и удерживаются каловые массы до выведения наружу. Хотя каловые массы продвигаются по толстой кишке медленно), шечное содержимое проходит по тонкой кишке 5 м за 4 – 5 ч; по толстой – 2 м за 12 – 18 ч), но, тем не менее, они нигде не должны задерживаться. Отсутствие стула в течение 24 – 32 ч следует рассматривать как запор, а значит – самоотравление, так как продукты распада выводятся из организма не через толстый кишечник, а всасываются в кровь, а из нее выделяются наружу через легкие, почки, кожу. Обложенный язык, зловонное дыхание, внезапные головные боли, головокружение, апатия, сонливость, тяжесть в нижней части живота, вздутие живота, боли и урчание в животе, снижение аппетита, замкнутость, раздражительность, насильственный, недостаточный стул – это признаки запора.
Выделительная. Толстая кишка обладает способностью выделять в просвет пищеварительные соки с небольшим количеством фермента. Из крови в просвет кишки могут выделяться соли, алкоголь и другие вещества, которые иногда вызывают раздражение слизистой оболочки и развитие болезней, связанных с ней. Таков же механизм раздражающего действия на слизистую оболочку толстой кишки соленой и острой пищи.
3.3 Желудочно-кишечный тракт как экосистема
Желудочно-кишечный тракт – это сложная экосистема, которая находится в тесном взаимодействии с макроорганизмом и оказывает большое влияние на формирование его нормобиоценоза (эубиоза) в целом. Нормальная микрофлора играет исключительно важную роль в формировании и функционировании различных органов и систем за счет разнообразных метаболитов, ферментов, витаминов, биологически активных веществ, антигенов и других соединений, которые образуются в процессе микробиологической трансформации.
С современных позиций нормальную флору рассматривают как совокупность микробиоценозов различных частей тела. Нормофлора включает в себя сотни разнообразных видов с общим численным составом более 1013 клеток, которые способны формировать стабильную структуру микробного пейзажа. Совокупность микробиоценозов макроорганизма называется нормобиоценозом, или эубиозом; в последнее время предпочтительным считают термин микроэкология. Состояние равновесия микроэкологии организма характерно для полного здоровья.
Кишечник здоровых людей представляет собой пример сбалансированного взаимодействия между защитными силами макроорганизма и микробными ассоциациями.
Кишечная микрофлора содержит следующие виды бактерий:
– анаэробные виды (99 %):
– бифидобактерии;
– бактериоды;
– лактобактерии;
– вейлонеллы;
– пептострептококки;
– клостридии.
– аэробные виды (1 %):
– кишечная палочка;
– лактозонегативные энтеробактерии;
– энтерококки;
– стафилококки;
– дрожжеподобные грибы.
Нормальная флора кишечника в процессе эволюции приобрела исключительно важную роль в формировании колонизационной резистентности организма. Установлено, что одним из главных механизмов защиты от колонизации условно патогенными микроорганизмами является присутствие в биотопе индигенной (собственной), прежде всего, грамположительной анаэробной флоры. Очень важным фактором защиты является то, что представители нормофлоры продуцируют бактериоцины, лизоцим и другие, биологически активные и антибиотико-подобные вещества, обуславливающие антагонистическую активность этих бактерий. Важнейшим механизмом колонизационной резистентности является конкурентноспособность микроорганизмов за область обитания экологическую нишу. Известно, бифидобактерии – основные грамположительные анаэробы толстого кишечника, подавляют токсинообразование, рост и размножение некоторых клостридий. Представители нормальной флоры конкурируют с условно патогенной и патогенной флорой за аргинин, треонин, аспарагиновую кислоту, серии.
Иммунитет за счет нормальной микрофлоры вырабатывается не только против условно патогенных, но и против патогенных бактерий.
Известно, что бактерии кишечной флоры синтезируют витамины, необходимые для метаболических реакций, в количествах, достаточных не только для обеспечения собственных потребностей, но и для организма человека. Витамины группы В синтезируются бифидобактериями, а витамин К – бактероидами. Бифидобактерии создают в кишечнике кислую реакцию, тем самым, подавляя гнилостную и патогенную микрофлору. Снижение кислотности в толстом кишечнике способствует всасыванию кальция, витамина D и железа. Кишечная палочка в основном синтезирует девять витаминов: тиамин, рибофлавин, никотиновую и пантотеновую кислоты, цианокобаламин, витамин К.
Бифидобактерии являются наиболее значимыми представителями нормобиоценоза. Это анаэробные бактерии, морфологически представляющие со бой крупные грамположительные неспорообразующие палочки с раздвоенными концами, способные к полиморфизму. Они присутствуют в кишечнике человека на протяжении всей жизни.
Бифидобактерии выполняют ряд важнейших функций. Прежде всего, они осуществляют физиологическую защиту кишечного барьера от проникновения микробов и токсинов во внутреннюю среду организма за счет ассоциации со слизистой оболочкой кишечника и высокой антагонистической активности по отношению к патогенным и условно патогенным микроорганизмам. Бифидобактерии участвуют в утилизации пищевых субстратов и активизации пристеночного пищеварения, синтезируют аминокислоты и белки, витамин К, пантотеновую кислоту, витамины группы В. Все это способствует усилению процессов всасывания через стенки кишечника ионов кальция, железа, витамина D. Бифидофлора обладает иммунорегулирующим действием, а именно: регулирует функции гуморального и клеточного иммунитета, препятствует деградации секреторного иммуноглобулина А, стимулирует образование интерферона и вырабатывает лизоцим.
Гомеостаз. Гомеостазом называют подвижное равновесие или колеблющееся в ограниченных пределах постоянство внутренней среды организма, и прежде всего крови, лимфы, тканевой (внеклеточной) жидкости.
Несколько условно гомеостаз определяет три основные функции:
– адаптационную (приспособительную);
– энергетическую;
– репродуктивную (способность к воспроизводству и размножению).
До определенного возраста эти три главных составных звена гомеостаза обеспечивают практически нормальное состояние организма. Затем возникают условия для появления так называемых нормальных неинфекционных болезней. В частности, ожирения, климакса повышения чувствительности к неблагоприятным воздействиям внешней среды (гиперадаптозу). Вообще любое скольлибо длительное нарушение гомеостаза само по себе уже болезнь.
Закон гомеостаза был открыт Клодом Бернаром в 1857 г. Он гласит: «Человек здоров и относительно независим от изменений условий окружающей среды до тех пор, пока способен поддерживать постоянство внутренней среды организма».
Сильные и длительные неблагоприятные воздействия могут нарушить гомеостаз и привести к болезни или даже смерти организма.
Сложное защитное взаимодействие нервных, эндокринных, гуморальных, обменных, выделительных и ряда других систем в поддержании гомеостаза во многом зависит от питания человека.