Биологическая химия

Рис. 69. Обобщение процессов пищеварения

Жизнедеятельность организма обеспечивается процессом питания. Принятые с пищей белки, жиры, углеводы обладают видовой и тканевой специфичностью, характерной для животных и растительных продуктов, и поэтому в такой форме не могут быть использованы для построения тела человека. Отсюда вытекает биологическая необходимость пищеварения. Оно заключается в том, что сложные молекулы продуктов питания расщепляются до низкомолекулярных органических веществ (так, белки распадаются до аминокислот, углеводы до моносахаридов и т. д.), которые, всосавшись в пищеварительном тракте, служат строительным материалом для органов и тканей организма человека. Переваривание пищевых продуктов является одной из главных форм взаимосвязи организма с окружающей средой. Оно происходит в желудочно-кишечном тракте, слизистая оболочка которого обеспечивает усвоение и всасывание питательных веществ. Это обеспечивается взаимодействием механических и химических процессов, которые регулируются нейро-гуморальными механизмами, условными и безусловными рефлексами, контактом пищи со слизистой оболочкой пищеварительного тракта и т. д. (рис. 69). Пищеварение осуществляется с помощью ферментов, относящихся в основном к классу гидролаз (табл. 13).

Таблица 13. Содержание ферментов в пищеварительных соках

Пищеварительные ферменты вырабатываются особыми железами или отдельными клетками, расположенными по всей длине желудочно-кишечного тракта, на разных участках которого рН среды различный. Этим обеспечивается оптимальная активность ферментов для полного переваривания продуктов питания.

Ежедневно в пищеварительный тракт выделяется около 8 л пищеварительных секретов, которые большей частью всасываются вместе с питательными веществами. Характерным для желудочно-кишечного тракта является наличие слизи, которая служит обволакивающим и защитным средством.

Пищеварение в ротовой полости

Пищеварение начинается в ротовой полости, где пища подвергается механической обработке, смачивается слюной и становится доступной для продвижения по пищебоду.

Слюна вырабатывается околоушной, подъязычной, подчелюстной железами. рН слюны находится в нейтральной зоне. Слюнные железы вырабатывают за сутки около 1,5 л слюны, состав и количество которой зависят от состава пищи и других факторов. Фундаментальные исследования И. П. Павлова показали, что различные раздражители вызывают неодинаковую реакцию со стороны слюнных желез. Если мясо, влажная пища вызывают небольшое слюноотделение, то сухая пища, раздражители типа кислот, перца приводят к подъему секреции слюнных желез.

В слюне содержится большое количество амилазы, которая составляет около 10% всего белка слюны, причем большая ее часть (70%) выделяется околоушной железой. Указывается на возможное присутствие также мальтазы. Других ферментов здесь не обнаружено.

В ротовой полости пища находится очень непродолжительное время, поэтому расщепление углеводов амилазой и мальтазой очень кратковременно. Однако этот процесс продолжается и в желудке до пропитывания пищевого комка кислым желудочным соком, который инактивирует амилазу.

Пищеварение в желудке

Желудочный сок представляет собой смесь выделений различных клеток. В сутки его количество составляет примерно 2-3 л и рН равен 1,5-1,8. Важнейшими составными частями желудочного сока являются соляная кислота, слизистые вещества, "внутренний фактор Кастла", гистамин, основные протеолитические ферменты — пепсин и гастриксин и липаза. Последняя оказывает на переваривание жира незначительное действие, так как ее оптимум лежит в пределах 5,0-8,0. Желудочная слизь образуется в добавочных клетках, содержит нейтральные мукопротеиды и мукополисахариды. Ей приписывают защитную функцию от действия соляной кислоты и самопереваривания. Соляная кислота образуется в париетальных клетках желудка и стимулируется гистамином. Она выполняет две основные функции: активирует пепсиноген, превращая его в пепсин, и способствует денатурации белков, которые быстрее перевариваются протеолитическими ферментами.

Важнейшим физиологическим процессом в желудке является переваривание белков, которое осуществляют пепсин и гастриксин. Оптимум действия пепсина лежит в пределах рН 1,5-2,5, а гастриксина — 3,5-5,0. Последний имеет важное значение в переваривании белков у детей, желудочный сок которых беден соляной кислотой.

Изучение физиологии желудочной секции основано на классических опытах И. П. Павлова с использованием наложения фистулы для выведения секрета наружу, получения "малого" желудка с сохраненной иннервацией и кровоснабжением и метода "мнимого кормления".

В клинической практике имеет важное значение анализ желудочного сока, когда определяют его количество, кислотность и переваривающую силу.

Желудочный сок получают одномоментно, с использованием толстого зонда или фракционно, когда берут сок несколько раз в течение 1 ¹/₂-2 часов (тонкий зонд). Взятие желудочного сока производится натощак или после пробного завтрака, состоящего из 30-40 г белого хлеба и 2 стаканов кипяченой воды или мясного бульона при фракционном методе.

В желудочном соке определяют общую кислотность, общую, свободную и связанную соляную кислоты. Под общей кислотностью понимают все кислореагирующие вещества желудочного сока (свободная и связанная соляная кислота, органические кислоты и кислые фосфорнокислые соли). Соляную кислоту, связанную с белками и продуктами их переваривания, условно называют "связанная соляная кислота", несвязанную соляную кислоту — "свободная соляная кислота". Сумму связанной и свободной соляной кислот обозначают термином "общая соляная кислота". Их содержание выражают количеством миллилитров 0,1N NaOH, пошедшего на нейтрализацию кислоты с участием различных индикаторов.

Общая кислотность выражается количеством миллилитров щелочи, пошедшей на нейтрализацию всех кислот, содержащихся в 100 мл сока.

В норме их количества будут следующими: общая кислотность — 40-60 мл; НСl — свободная — 20-40 мл, связанная — 10-20 мл, общая — 30-60 мл.

В характере секреции желудочного сока различают следующие патологические состояния:

• гиперхлоргидрия — увеличение содержания свободной соляной кислоты и общей кислотности, что наблюдается при язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки;

• гипохлоргидрия — уменьшение свободной кислоты и общей кислотности;

• ахлоргидрия — полное отсутствие соляной кислоты и снижение общей кислотности;

• ахилия — отсутствие секреции желудочного сока и пепсина.

Уменьшение или отсутствие соляной кислоты в желудке может наблюдаться при хроническом гастрите, раке желудка, злокачественном малокровии.

Особый интерес представляет использование так называемой радиопилюли, которая позволяет определить кислотность желудочного содержимого в течение всего процесса переваривания. Это — портативный электронный прибор, заключенный в стеклянную капсулу длиной около 0,5- 0,8 см. При проглатывании он попадает в желудок и оттуда передает сигналы, характеризующие степень кислотности.

Переваривающую силу желудочного сока исследуют по методу Метта. Активность пепсина можно определить непрямым путем, по количеству уропепсина в моче.

Пищеварение в тонком отделе кишечника

В тонком отделе кишечника содержимое Желудка подвергается воздействию соков поджелудочной железы, кишечника и желчи. Пищевая кашица здесь нейтрализуется. В этом отделе кишечника в основном заканчивается переваривание пищевых продуктов и образуются вещества, способные всасываться. Так, белки распадаются до аминокислот, жиры — до глицерина и высших жирных кислот, углеводы — до моносахаров.

Поджелудочная железа выделяет 600-700 мл (рН 7,5-8,2) сока, секреция которого стимулируется пищеварительным гормоном — секретином. Особенностью этой секреции в отличие от постоянной секреции желудочного сока является ее прерывистость. Сок поджелудочной железы содержит большое количество ферментов, активных в слабощелочной среде. К ним относятся трипсин, химотрипсин, карбоксиполипептидаза, лейцинаминопептидаза, амилаза, мальтаза, лактаза, липаза, ДНК-аза и РНК-аза.

Протеолитические ферменты — трипсин и химотрипсин — выделяются в неактивной форме и активируются энтерокиназой и трипсином. Они обеспечивают расщепление белков до небольших пептидов и аминокислот. Карбоксипептидаза отщепляет от конца полипептидной цепи аминокислоту со свободной карбоксильной группой, лейцинаминопептидаза действует анологично, освобождая аминокислоту со свободной аминной группой. ДНК-аза и РНК-аза гидролизу ют нуклеиновые кислоты. Амилаза, мальтаза, лактаза вырабатываются в железе в активной форме и расщепляют углеводы до моносахаров. Липаза, которая синтезируется в неактивной форме, активируется желчью. Желчь вырабатывается в печени в виде печеночной желчи и через желчные пути поступает в желчный пузырь, где и концентрируется (пузырная желчь). Выделение желчи происходит под действием раздражителей, наиболее важными из которых являются массы, поступившие в двенадцатиперстную кишку, или жир в тонкой кишке. Самыми главными составными элементами желчи являются парные желчные кислоты, которые обеспечивают всасывание жиров. За сутки в кишечник выделяется примерно 5 г желчных кислот. В составе желчи много холестерина (3-10 ^г/_л), который при воспалительных процессах желчного пузыря участвует в образовании желчных камней. Последние на 80-90% состоят из солей холестерина.

В кишечнике выделяется около 2-3 л сока. Он содержит протеолитические ферменты, расщепляющие ди- и трипептиды до аминокислот, а также ряд других ферментов (см. табл. 11), которые обеспечивают конечные этапы пищеварения.

Печень

Рис. 70. Роль печени в обмене веществ организма

Печень занимает в межуточном обмене веществ центральное место, в связи с чем ее часто называют биохимической лабораторией организма (рис. 70). Приведем химический состав печени.

В ткани печени содержится очень много ферментов, катализирующих самые различные реакции.

В печени происходит выработка желчи. За сутки у человека образуется 500-1200 мл желчи.

Печень принимает участие во всех видах обмена веществ. Ее участие в белковом обмене заключается в том, что печень является депо белка. Белки печени обновляются через 7 дней. Именно в печени происходит интенсивный процесс синтеза белка. Она синтезирует все альбумины сыворотки крови, большую часть глобулинов, фибриноген, протромбин и др.

В этом органе происходят различные превращения аминокислот, синтез мочевины, образование мочевой кислоты, синтез креатина и т. д.

Функция печени в углеводном обмене многообразна. В печени депонируется гликоген, запасы которого меняются в зависимости от питания и состояния организма. При голодании через 24 часа почти весь гликоген исчезает. В печени активны ферментные системы, обеспечивающие синтез и распад гликогена и глюкозы, взаимопревращение различных моносахаридов, образование глюкуроновой кислоты, которая участвует в процессах обезвреживания токсических продуктов, превращение аминокислот в глюкозу и т. д. Печень участвует в регуляции уровня сахара в крови. Она принимает участие в синтезе гепарина, превращениях молочной кислоты и др.

В обмене липидов печень занимает ведущее место. Как установлено в последнее время, жиры в печени откладываются в большем количестве, чем углеводы. Содержание жира в печени может доходить до 30% от сухого остатка. Он состоит главным образом из ненасыщенных жирных кислот. Липиды в печени находятся в соединении с белками в виде липопротеидов. В печени происходят интенсивный синтез и распад фосфолипидов, жирных кислот, холестерина, образование желчи, желчных кислот и пигментов, ацетоновых тел, липидов из углеводов и т. д.

Гемоглобин в печени подвергается распаду с образованием билирубина и биливердина. Печень является депо каротина, витаминов групп D, К, а также витаминов РР, В₁₂, В₂. Здесь происходит синтез различных коферментов. В печени происходит распад гормонов с образованием их конечных продуктов — 17-кетостероидов. В минеральном обмене печень играет роль депо железа.

Важная функция печени — это ее выделительная способность. Она экскретирует из организма желчные пигменты, холестерин, различные лекарственные вещества, мочевую кислоту, производные обмена гормонов.

В свертывании крови печень принимает косвенное участие путем синтеза фибриногена, протромбина, гепарина и других факторов.

Важное значение печени заключается в ее тесной связи с плазмой крови. Она участвует в синтезе белков плазмы, а также влияет на кислотно-щелочное равновесие плазмы.

Одна из важнейших функций печени заключается в ее способности обезвреживать ядовитые и чужеродные организму вещества — антитоксическая функция. В печени происходит разрушение вредных веществ (алкоголь), обезвреживание аммиака путем связывания его в мочевину, конечных продуктов обмена в организме типа билирубина, крезола, фенола, индола, скатола путем образования безвредных для клеток соединений в результате взаимодействия с глюкуроновой и серной кислотами. В печени бензойная кислота обезвреживается глицином с образованием гиппуровой кислоты. Эта реакция является пробой на антитоксическую функцию печени.

Все это характеризует печень как важнейший орган, участвующий не только в процессах пищеварения, но и в обмене веществ всего организма. Поэтому любые нарушения деятельности печени приводят к заболеванию всего организма.

Пищеварение в толстом отделе кишечника

В толстом отделе кишечника процессы распада веществ в основном ограничены действием кишечной микрофлоры. Ее действию подвергается клетчатка. В результате дезаминирования аминокислот образуются амины токсического действия типа индола, скатола, фенола, крезола, кадаверина, путресцина. Часть из них подвергается расщеплению ферментами, а часть обезвреживается в печени. Здесь желчные пигменты распадаются до стеркобилиногена, формирующего специфический цвет и запах кала. Всасывание в толстом отделе кишечника весьма ограничено. Непереваренные остатки пищи, отмершие микробы, нерастворимые соли, жиры и желчные пигменты являются составными частями кала. Кишечные газы в значительной степени образуются в результате жизнедеятельности микробов.