Ферменты пищеварения

Пищеварение — это сложный физиологический процесс, в ходе которого пища, поступающая в организм, подвергается физическим и химическим изменениям и питательные вещества всасываются в кровь и лимфу.

Физические изменения пищи состоят в ее размельчении, набухании, растворении;
Химические - в ферментативном расщеплении белков, жиров и углеводов до конечных продуктов, подвергающихся всасыванию. Важнейшая роль в этом принадлежит гидролитическим ферментам секретов пищеварительных желез и исчерченной каемки тонкой кишки.

Функции пищеварительной системы:

-моторная (механическая) — механическое измельчение пищи (жевание), передвижение пиши вдоль пищеварительного тракта (глотание, перистальтика, перемешивание пищевой кашицы с пищеварительным соком), выделение непереваренных продуктов (дефекация);
-секреторная (химическая) — выработка ферментов пищеварительных соков (желудочного, кишечного, панкреатического), слюны и желчи;
-всасывающая — всасывание продуктов переваривания белков, жиров, углеводов, а также воды, минеральных солей и витаминов;
-эндокринная — секреция ряда гормонов, регулирующих пищеварение (гастрин, энтерогастрин, секретин, холецистокинин, вилликинин и др.) и влияющих на нервную и кровеносную системы (вещество Р, бомбезин, эндорфины и т.д.).

Секреция желудочно-кишечного тракта
Процесс секреции пищеварительных желез связан с поступлением из кровотока исходного материала (воды, аминокислот, моносахаридов, жирных кислот); синтезом первичного секреторного продукта и его транспорта для секреции и выделением и активизацией секрета. Регуляция этого процесса осуществляется за счет кишечных гормонов, а также нервами со стороны центральной нервной системы. Все виды регуляции базируются на информации, идущей от рецепторов пищеварительного канала. Механо-, химо-, температурные и осморецепторы дают информацию в нервную систему об объеме пищи, ее консистенции, степени наполнения органа, давлении, кислотности, осмотическом давлении, температуре, концентрации промежуточных и конечных продуктов гидролиза, концентрации некоторых ферментов.

В полости рта происходит механическая обработка пищи и начинается пищеварение, обусловленное ферментами слюны. За сутки выделяется 0,5-2 л слюны. Вне приема пищи секреция происходит для увлажнения ротовой полости (0,24 мл/мин), а при жевании продукция слюны возрастает более чем в 10 раз и составляет 3-3,5 мл/мин.

В слюне содержится муцин, лизоцин, различные гидролазы, и при нейтральной или близкой к ней реакции они способны начать гидролиз углеводов. Слюнные железы продуцируют гормоны и биологически активные вещества общего действия, например гормон партоин, который регулирует биосинтез белка, уровень сахара в крови, усиливает сперматогенез (созревание сперматозоидов), стимулирует созревание клеток крови, повышает проницаемость клеточно-кровяных барьеров.

В слюнных железах вырабатывается фактор роста нервов, эпидермальный фактор роста, фактор роста эпителия: под их влиянием усиливается рост молочных желез, рост эпителия сосудов кожи, почек, мышц, происходит утолщение кожного покрова. Лизоцим слюны является мощным защитным фактором против микроорганизмов. Слюноотделение способны вызвать как раздражения слизистой рта, так и сигналы с органов зрения, обоняния.

На слизистой желудка на 1 мм2 находится примерно 100 желудочных ямок, в каждой из которых открывается от 3 до 7 просветов желудочных желез. По своему строению и характеру секрета различают главные клетки, продуцирующие пищеварительные ферменты, обкладочные, продуцирующие соляную кислоту, и добавочные, продуцирующие слизь. У места впадения пищевода (кардмальный отдел) железы желудка в основном состоят из клеток, продуцирующих слизь, а в пилорическом отделе — из главных клеток, продуцирующих пепсиногены (ферменты). В норме желудочный сок имеет кислую реакцию (рН = 1,5-1,8), что обусловлено соляной кислотой. Соляная кислота активирует ферменты, превращая пепсиногены в пепсины. Образование соляной кислоты происходит при участии кислорода, поэтому при гипоксии (недостатке кислорода) секреция соляной кислоты уменьшается, а следовательно, и переваривание пищи. Соляная кислота обеспечивает разрушение микроорганизмов, попавших с пищей. Слизь добавочных клеток организует слизистый барьер и предотвращает разрушение слизистой под влиянием соляной кислоты и пепсинов.

В кишечнике за сутки выделяется около 2,5 л кишечного сока. Реакция кишечного сока щелочная (рН = 7,2-8,6). В нем присутствует более 20 различных видов ферментов (протеазы, амилаза, мальтаза, инвертаза, липаза и др.).

В слюнных железах, желудке и кишечнике осуществляется процесс экскреции (выделения) метаболитов: мочевины, мочевой кислоты, креагинина, ядов и многих лекарственных препаратов. При нарушении функции почек этот процесс усиливается.

Всасывание питательных веществ является основным компонентом и конечной целью процесса пищеварения. Этот процесс осуществляется на всём протяжении ЖКТ от ротовой полости до толстого кишечника. В ротовой полости начинается всасывание моносахарида, в желудке всасываются вода и алкоголь, в толстом кишечнике — вода, хлориды, жирные кислоты, в тонком кишечнике все основные продукты гидролиза, в 12-перстиой кишке всасываются ионы кальция, магния, железа и моносахариды.

Регуляция всасывания осуществляется за счет изменения процессов кровотока через слизистую кишечника, желудка; за счет изменения лимфотока в этих органах, а также за счет синтеза «транспортеров» — специфических переносчиков тех или иных веществ. Кровоток в чревной области во многом зависит от стадии пищеварения. В условиях «пищевого покоя» в чревный кровоток поступает 15-20% минутного объема кровообращения, но при усиленной функциональной активности ЖКТ он возрастает в 8-10 раз.

Пищеварение в двенадцатиперстной кишке обеспечивает дальнейшее расщепление питательных веществ с участием ферментов сока поджелудочной железы, кишечного сока и желчи. Натощак содержимое двенадцатиперстной кишки имеет слабощелочную реакцию (pН 7,2-8,0). Эвакуация порции кислого химуса из желудка в двенадцатиперстную кишку на некоторое время снижает pH ее содержимого (до 3,0-4,0). Поступление в двенадцатиперстную кишку щелочного секрета поджелудочной железы, желчи, секреция щелочного кишечного сока способствуют нейтрализации соляной кислоты желудка, что создает оптимальные условия для действия ферментов в этой зоне пищеварительного тракта. Ведущую роль в переваривании белков, жиров и углеводов в двенадцатиперстной кишке играют ферменты сока поджелудочной железы.

Поджелудочная железа человека вырабатывает 1,5-2,0 л секрета в сутки. Сок поджелудочной железы представляет собой бесцветную прозрачную жидкость щелочной реакции (pН I 7,8-8,4), которая обусловлена наличием ионов бикарбоната (НСО-3). Ферментный состав панкреатического секрета очень разнообразный. В нем присутствуют ферменты, осуществляющие гидролиз всех питательных веществ. Расщепление белков до олигопептидов и аминокислот происходит с участием протеаз (трипсина, химотрипсина, эластазы, карбоксипептидаз А и В). Эти ферменты вырабатываются поджелудочной железой в неактивной форме, в виде проферментов. Активация происходит при отщеплении от неактивных ферментов ингибирующих пептидов. В полости двенадцатиперстной кишки неактивный трипсин (трипсиноген) активируется особым ферментом кишечного сока энтерокиназой в присутствии ионов Са2+ и активирует все остальные протеазы панкреатического сока. Активация протеаз в протоке поджелудочной железы может привести к ее самоперевариванию и развитию острого панкреатита.

Протеазы — группа ферментов (эндопептидазы: пепсин, трипсин, химотрипсин и др.; экзопептидазы: аминопептидаза, карбоксипептидаза, три- и дипептидаза и др.), расщепляющая белки до аминокислот.

Энтерокиназа — фермент, который вырабатывается энтероцитами двенадцатиперстной кишки и инициирует переход трипсиногена и химотрипсиногена в активное состояние.

Все панкреатические ферменты действуют в полости двенадцатиперстной кишки, обеспечивая протекание полостного пищеварения, в ходе которого образуется большое количество продуктов расщепления питательных веществ (олигомеров и мономеров).

При поступлении пищи в двенадцатиперстную кишку выделяется основное количество поджелудочного сока (ДО 80% )с высоким содержанием бикарбонатов, высвобождение которого контролируется главным образом гормонами пищеварительного тракта (кишечная, или гуморальная, фаза панкреатической секреции).

Гормон секретин, образующийся в двенадцатиперстной кишке при поступлении в нее кислого желудочного содержимого, вызывает выделение большого количества панкреатического сока с высокой концентрацией бикарбонатов.

Секретин - гормон, вызывающий выделение большого количества секрета поджелудочной железы, богатого НСО3-, но бедного ферментами. Совместно холецистокинин и секретин (при приеме пищи) действуют сильнее, чем по отдельности.

Под действием гормона холецистокинина, образующегося в двенадцатиперстной кишке под влиянием продуктов гидролиза белков и жиров, выделяется панкреатический сок, богатый ферментами.

Холецистокинин — гормон, который стимулирует выделение богатого ферментами секрета, а также усиливает кровоток и метаболизм поджелудочной железы. Его высвобождение из слизистой двенадцатиперстной кишки стимулируют прохождение пищи (особенно продуктов гидролиза белков и жиров) по двенадцатиперстной и тощей кишкам, соляная кислота и углеводы.

Одновременное воздействие на поджелудочную железу секретина и холецистокинина в кишечную фазу обеспечивает усиление их влияния на панкреатическую секрецию и выработку оптимального количества секрета, содержащего достаточное количество ферментов и бикарбонатов.

Объем и состав панкреатического сока во многом зависит от количества и качества поступающей пищи. При приеме преимущественно углеводной пищи в составе панкреатического сока повышается содержание амилазы, белковой — трипсина и химотрипсина, жирной пищи — образуется сок с высокой концентрацией липазы. Объем панкреатического сока и содержание бикарбонатов в нем определяются уровнем кислотности химуса, поступающего из желудка, и скоростью эвакуации содержимого желудка в двенадцатиперстную кишку.

Чем быстрее кислое содержимое желудка поступает в двенадцатиперстную кишку, тем больше будет секретироваться панкреатического сока и тем выше будет концентрация в нем ионов НCO-3.

Пищеварение в тонком кишечнике
В процессе перемещения пищевых масс по тонкому кишечнику происходит гидролиз питательных веществ с помощью ферментов поджелудочной железы и кишечного сока; образующиеся при этом мономеры всасываются в кровь и лимфу и используются для обеспечения энергетических и пластических затрат организма. Таким образом, в тонком кишечнике осуществляются все основные пищеварительные функции желудочно-кишечного тракта: секреторная, моторная и всасывательная.

Состав и свойства кишечного сока
Секреторная функция кишечника заключается в выработке кишечного сока секреторными железами слизистой оболочки тонкого кишечника. Он представляет собой мутную вязкую жидкость щелочной реакции (pН 7,2-8,6) и продуцируется в объеме до 2,5 л за сутки. В кишечном соке содержится около 20 различных ферментов, принимающих участие в пищеварении: протеазы (карбоксипептидаза, аминопептидаза, дипептидазы), амилаза, мальтаза, липаза, эстераза, фосфолипаза, нуклеаза, щелочная фосфатаза и другие ферменты. Ферменты кишечного сока осуществляют заключительный этап переваривания пищевых веществ, начальные стадии которого происходят под влиянием ферментов других пищеварительных соков в вышележащих отделах пищеварительного тракта (слюны, желудочного и панкреатического соков).

Активные центры ферментов ориентированы не хаотично, а направлены внутрь межворсинчатых промежутков, что также повышает их ферментативную активность.

Общая характеристика пищеварения в толстом кишечнике
В толстый кишечник пища попадает почти полностью переваренной, за исключением растительной клетчатки. В этом отделе пищеварительного тракта происходит интенсивное всасывание воды из полости кишечника. Остатки пищи уплотняются, склеиваются слизью и формируют каловые массы. У взрослого человека за сутки образуется и выводится из организма в среднем 150-250 г кала. Железы толстого кишечника вырабатывают небольшое количество щелочного секрета, бедного ферментами, но содержащего много слизи.

Роль микрофлоры толстого кишечника
Толстый кишечник человека в отличие от других отделов пищеварительного тракта обильно заселен микроорганизмами. Содержание микробов в толстой кишке составляет 1011 — 1012 на 1 мл содержимого. Около 90% микрофлоры толстой кишки — это облигатные анаэробные бифидобактерии и бактероиды. В меньшем количестве встречаются молочнокислые бактерии, кишечная палочка, стрептококки.

Микроорганизмы толстого кишечника выполняют ряд важных функций. Ферменты, вырабатываемые бактериями, могут частично расщеплять непереваренные в вышележащих отделах пищеварительного тракта растительные волокна — целлюлозу, пектины, лигнины.

Микрофлора толстого кишечника синтезирует витамины К и группы В (В1, В6, В12), которые в небольшом количестве могут всасываться в толстом кишечнике. Микроорганизмы также принимают участие в инактивации ферментов пищеварительных соков.

Важнейшей функцией микрофлоры толстого кишечника является способность предохранять организм от патогенных бактерий, попадающих в пищеварительный тракт. Нормальная микрофлора препятствует размножению в кишечнике патогенных микроорганизмов и их поступлению во внутреннюю среду организма.

Нарушение нормального состава микрофлоры толстого кишечника при длительном приеме антибактериальных препаратов сопровождается активным размножением патогенных микробов и приводит к снижению иммунной защиты организма.