12.4.2. Всасывание

Термином всасывание обозначают совокупность процессов, обеспечивающих перенос веществ из просвета кишки в кровь и лимфу. Так, всасывание ионов в кишке идет с участием четырех механизмов (рис. 12.16): 1 - электрогенное поглощение ионов Na+ против электрохимического градиента; 2 - сопряженный электрогенный транспорт Na+ (сопряженный с переносом органических веществ общим переносчиком); 3 - нейтральный сопряженный транспорт Na+ -Cl- ; 4 - нейтральное поглощение Na+ -Cl- путем двойного обмена на ионы Н+ и НСО3-. Источником энергии для всех четырех механизмов переноса служит Na+-K+ АТФ-аза базальной и латеральной мембраны. Всасывание осуществляется преимущественно в тонкой кишке (рис. 12.17). Общая площадь всасывающей поверхности кишки человека составляет приблизительно 200 м2. Столь значительная величина всасывающей поверхности обусловлена наличием структур, увеличивающих поверхность слизистой оболочки кишки (круговых складок, ворсинок), а также микроворсинок энтероцитов. За счет микроворсинок поверхность клетки увеличивается более чем в 30 раз. Соседние клетки образуют вместе с плотным контактом и межклеточным пространством функциональную единицу. Форма эпителиальных клеток и межклеточного пространства зависит от функционального состояния эпителия (рис. 12.18).

 

 

 

Рис. 12.18  Схема эпителиальных клеток тонкой кишки позвоночных

А - в покое; Б - во время всасывания. 1 - микроворсинки, 2 - базальная мембрана, 3 - плотный контакт, 4 - межклеточное пространство, 5 - собственная пластинка, 6 - капилляр, 7 - базолатеральная мембрана 8 - просвет.

 

Рис. 12.19  Пути и механизмы транспорта воды и растворенных в ней веществ через эпителий

В транспорте через клетки участвуют и пассивный, и активный процессы; в транспорте через межклеточное пространство - только пассивный (показано стрелками).

 

 

Через  эпителиальную поверхность кишки постоянно происходит переход веществ в двух направлениях: из просвета кишки в циркуляторное русло и одновременно из кровеносных капилляров в полость кишечника. Если преобладает транспорт из просвета кишки, результирующим эффектом двух противоположно направленных потоков является всасывание, если доминирует обратный поток - секреция (экскреция).

Механизмы транспорта. Всасывание веществ осуществляется с участием различных видов транспорта (рис. 12.19). Пассивный транспорт жидкостей и растворенных в них веществ происходит без затрат энергии. К этому виду транспорта относятся диффузия, осмос и фильтрация. Движущей силой диффузии частиц растворенного вещества является их концентрационный градиент (рис. 12.20). При осмосе, являющемся разновидностью диффузионного переноса, происходит перемещение в соответствии с концентрационным градиентом частиц растворителя. Процесс фильтрации заключается в переносе раствора через пористую мембрану под действием гидростатического давления. Для реализации пассивного транспорта существенное значение имеет жирорастворимость веществ, переносимых через мембрану, так как в ее составе содержится большое количество липидов.

Активный транспорт веществ является однонаправленным и связан с затратами энергии, источником которой служат макроэргические фосфаты. При активном энергозависимом транспорте вещество может переноситься против градиента концентрации, в результате чего создается несимметричное распределение веществ по обе стороны клеточной мембраны. Скорость активного транспорта довольно высока, однако она не может превысить определенного

 

Рис. 12.20 Механизмы транспорта, участвующие в процессах всасывания

А - диффузия, Б - конвекция, В - транспорт через клетку

 

 

Рис. 12.21 Баланс жидкости в желудочно-кишечном тракте человека

Из общего количества жидкости, поступающей в желудочно-кишечный тракт с пищей (2 л) и эндогенными секретами (7 л), с экскрементами выводится только 100 мл.

 

Рис. 12.22 Механизмы, всасывания воды в кишке

A-in vivo, активный транспорт натрия, Б - модель трех компартментов; 1 - полость кишки, 2 - щель между энтероцитами, 3 - интерстициальное пространство.

 

"значения насыщения". Некоторые вещества угнетают активный транспорт по типу конкурентного ингибирования.

Предполагают, что активный транспорт осуществляется при участии переносчиков - транспортеров, располагающихся на клеточной мембране. На внешней стороне мембраны переносчик соединяется с молекулой транспортируемого вещества, переносит ее через мембрану, высвобождает на внутренней поверхности и возвращается обратно к наружной поверхности. Существуют и другие модели транспортеров (см. ниже).

Облегченная диффузия, как и простая диффузия (см. рис. 12.20), осуществляется без затрат энергии, по градиенту концентрации. Вместе с тем облегченная диффузия - более быстрый процесс, который имеет порог насыщения, подвергаясь ингибированию по конкурентному типу, и, следовательно, осуществляется с участием транспортеров.

Различают транспортные системы, обеспечивающие переход веществ через апикальную мембрану энтероцита внутрь клетки, и системы транспорта веществ из клетки в кровь или лимфу, располагающиеся в области базальной и латеральной мембран кишечной клетки.

Всасывание воды и одновалентных ионов. В тонкой и толстой кишке осуществляется всасывание воды и солей, поступающих с пищей и секретируемых пищеварительными железами (рис. 12.21, 12.22). Общее количество воды, всасывающейся в кишечнике человека за 1 сут, составляет 8-10 л, хлористого натрия - 1 моль. Транспорт воды тесно связан с транспортом ионов Na+ и определяется им.

В пищеварительном тракте поддерживается концентрация ионов Na+ близкая к их концентрации в плазме крови. Несмотря на это, происходит постоянное всасывание ионов Na+ из просвета кишечника в кровь. Транспорт их может быть активным и пассивным. Перенос Na+ из полости кишечника в кровь может осуществляться по межклеточным каналам. Ионы Na+ поступают в энтероциты пассивным путем, но с участием специфических транспортных систем. В кишечных клетках имеется также дополнительная система электрогенного транспорта Na+, сопряженная с транспортом Сахаров и аминокислот. Транспорт Na+ через базальную и латеральные мембраны энтероцита является активным и осуществляется за счет локализующегося здесь Na+, K+-насоса.

В процессе всасывания потоки Na+ и Cl- сопряжены. Абсорбция ионов Сl- против градиента концентрации энергетически обеспечивается активным транспортом Na+. Признают также наличие системы активного транспорта Cl-, локализующейся в апикальной мембране.

Активному транспорту Na+ принадлежит решающая роль в обеспечении переноса воды. Создаваемый им осмотический градиент служит непосредственной движущей силой для молекул воды, которая может транспортироваться как через энтероциты, так и по межклеточным каналам.

Всасывание двухвалентных катионов. Из всасываемых в кишечнике двухвалентных катионов наибольшее значение имеют Са2+, Mg2+, Zn2+, Cu2+ и Fe2+ Кальций всасывается по всей длине желудочно-кишечного тракта, однако у различных млекопитающих и птиц наиболее интенсивная его абсорбция происходит в двенадцатиперстной кишке и начальном отделе тонкой кишки. В этом же отделе всасываются ионы Mg2+ Zn2+ и Fe2+. Всасывание Cu2+ происходит преимущественно в желудке. Желудок является также основным местом всасывания Mg2+ у овец.

В процессе всасывания Са2+ участвуют механизмы облегченной и простой диффузии. Существуют данные о наличии в базальной мембране энтероцитов кальциевого насоса, который обеспечивает выкачивание Са2+ из клетки в кровь против электрохимического градиента. Стимулирующее влияние на всасывание Са2+ оказывает желчь. Всасывание ионов Mg2+, Zn2+ и основного количества Сu2+ происходит пассивным путем.

Всасывание ионов Fe2+ осуществляется с участием переносчиков (активный транспорт), а также по механизму пассивного транспорта (простая диффузия). При попадании ионов Fe2+ в энтероцит они соединяются с апоферритином, в результате чего образуется металлопротеин ферритин. Последний является основным депо железа в организме.

Всасывание сахаров. В кишечнике млекопитающих могут всасываться различные моносахариды, однако в естественных условиях основным из них является глюкоза. На втором по значению месте находится фруктоза. В период питания организма молоком матери существенное значение имеет галактоза (рис. 12.23).

 

Рис. 12.23 Переваривание и всасывание углеводов

Ферментативный гидролиз ди- и полисахаридов в щеточной кайме.

 

Поступление моносахаридов из просвета тонкой кишки в кровь может осуществляться различными путями, однако при всасывании глюкозы основную роль играет активный транспорт. Его особенностью является зависимость от ионов Na+. Наиболее распространено представление о сопряженном транспорте глюкозы и Na+ одним переносчиком. В соответствии с гипотезой натриевого градиента движущей силой, обеспечивающей перенос молекул глюкозы, является концентрационный градиент Na+. Для обеспечения последнего ионы Na+ должны откачиваться из клетки. Этот процесс протекает с использованием энергии АТФ.

Предложена также другая модель Nа+-зависимого транспорта глюкозы, которая предусматривает наличие в мембране энтероцита двух параллельно взаимодействующих каналов (для Na+ и глюкозы) и расположенного на поверхности мембраны воротного белка. Этот белок связывает глюкозу на входе в транспортную систему, что приводит к активированию натриевого канала. На определенной стадии движения Na+ по этому каналу активируется глюкозный канал, по которому и транспортируется молекула глюкозы, первоначально фиксированная на воротном белке.

По механизму активного транспорта всасываются не все моносахариды. В отличие от D-глюкозы и D-галактозы, l-глюкоза и l-галактоза транспортируются пассивно, что проявляется в меньшей скорости их всасывания.

Всасывание аминокислот. Основным механизмом поступления аминокислот в энтероцит является Na+-зависимый активный транспорт. Вместе с тем возможна и диффузия аминокислот по электрохимическому градиенту. Наличием двух механизмов транспорта объясняют тот факт, что D-аминокислоты всасываются быстрее (за счет активного транспорта), чем l-изомеры, поступающие в клетку пассивно, путем диффузии. У взрослых животных диффузия, очевидно, происходит лишь при нарушении механизма активного транспорта! В нормальных же условиях поступление аминокислот в энтероцит обеспечивается механизмами облегченной диффузии и активного транспорта, реализующимися с участием переносчиков. Предполагают наличие различных транспортных систем для нейтральных, основных, N-замещенных и дикарбоновых аминокислот.

Практически единственным видом продуктов гидролиза белка, всасывающихся в кровеносное русло у высших животных и человека, являются аминокислоты. Исключение составляют оксипролиновые пептиды, которые по-видимому, всасываются путем диффузии. В весьма небольшом количестве через кишечный эпителий способны проникать некоторые мелкие пептиды, например глицилглицин. Кроме того, у новорожденных млекопитающих, когда еще не функционируют механизмы расщепления белка, возможно всасывание интактного белка посредством пиноцитоза. Таким путем в организм новорожденного с молоком матери поступают антитела, обеспечивающие невосприимчивость к инфекциям.

Существует точка зрения, в соответствии с которой олигопептиды, образующиеся в процессе полостного гидролиза, поступают в энтероцит, где и расщепляются до аминокислот под действием внутриклеточных ферментов. В то же время показано, что промежуточные и заключительные этапы расщепления белковых молекул осуществляются не внутриклеточно, а в зоне щеточной каймы энтероцитов с помощью находящихся здесь пептидаз.

В энтероцитах наряду с транспортной системой апикальной мембраны имеется также транспортная система, расположенная в базальной и латеральных мембранах, которая осуществляет выход транспортируемых аминокислот из клетки. Эта система функционирует с участием транспортеров по механизму облегченной диффузии. Предполагают возможность и Nа-зависимого активного транспорта. Процесс переваривания и всасывания белков можно представить в следующем виде (рис. 12.24). В просвете кишки происходит расщепление полипептидов до олигопептидов, ди- и трипептидов и аминокислот. В мембране микроворсинок щеточной каймы - дальнейшее расщепление специфическими пептидазами, поглощение аминокислот и олигопептидов. В цитоплазме - расщепление ди- и олигопептидов цитоплазматическими пептидазами до аминокислот. В базальной мембране - выход аминокислот из клетки в кровь.

Всасывание жиров и витаминов. Основной группой пищевых жиров являются триглицериды. Продукты их гидролиза способны проникать через мембрану энтероцита лишь после определенных физико-химических превращений. Моноглицериды и жирные кислоты с участием желчных кислот образуют мицеллы. Строение смешанной мицеллы представлено на рис. 12.25. Ее сердцевина, состоящая из холестерола, лецитина, жирных кислот и моноглицеридов, покрыта снаружи желчными кислотами, гидрофильные группы которых находятся на поверхности мицеллы. Желчные кислоты стабилизируют мицеллы и обеспечивают их транспорт из просвета кишечника к энтероцитам, в которые жиры проникают путем пассивной диффузии.

Желчные кислоты транспортируются из начальных отделов тонкой кишки, в которых происходит преимущественное всасывание жиров, в подвздошную кишку, где они поступают в энтероциты по механизму активного транспорта (рис. 12.26).

В энтероцитах осуществляется обратный синтез (ресинтез) триглицеридов из моноглицеридов и жирных кислот. Ресинтезированные жиры транспортируются из энтероцитов в лимфу в виде хиломикронов. Последние представляют собой триглицериды (85-90%), заключенные в оболочку из белка (2%), фосфолипидов (6-8%) и эфиров холестерина (2-4%). Кроме хиломикронов в энтероцитах синтезируются липопротеиды очень низкой плотности, характеризующиеся меньшим содержанием триглицеридов и большим - белка.

 

Рис. 12.24  Переваривание и всасывание белков

 

Рис. 12.25 Строение смешанной мицеллы

 

Рис. 12.26 Переваривание и всасывание липидов

МГ - моноглицериды; ДГ - диглицериды; ТГ - триглицериды; ЖК - жирные кислоты.

 

 

Рис. 12.27 Перенос липидов из просвета кишки в ткани

 

Хиломикроны и липопротеины очень низкой плотности переходят из энтероцитов в лимфатические сосуды и через грудной лимфатический проток попадают в кровь.

В целом перенос липидов из просвета кишки в ткани представляется следующим образом. Продукты гидролиза триглицеридов - моноглицериды, жирные кислоты и глицерол образуют мицеллы с солями желчных кислот. Эти мицеллы поступают во всасывающую клетку путем пассивной диффузии через мембрану микроворсинки с растворением в ее липидах. Внутри клетки мицеллы накапливаются в гладком эндоплазматическом ретикулуме, а затем переходят в гранулярный ретикулум. Там они снова превращаются в триглицериды, а также в фосфолипиды и холестерол. Все эти липиды откладываются в аппарате Гольджи, образуя хиломикроны - капельки диаметром около 150 нм. Капельки затем покидают клетку через базолатеральные участки мембраны посредством экзоцитоза (рис. 12.27).

Описанные этапы всасывания жира характерны для длинноцепочечных жирных кислот. Жирные кислоты с короткими и средними цепями диффундируют из просвета кишечника в энтероциты и далее непосредственно в кровеносное русло, минуя лимфатические сосуды.

С всасыванием жиров тесно связано всасывание жирорастворимых витаминов (A, D, Е, К).

Витамины, растворимые в воде, могут всасываться посредством диффузии (например, аскорбиновая кислота, рибофлавин). Фолиевая кислота (витамин В9) всасывается в конъюгированном виде. Витамин B12 (кобаламин) всасывается у людей в подвздошной кишке. Для его усвоения необходим внутренний фактор (мукопротеин с неустановленной окончательно химической структурой), образующийся у человека и различных видов животных в дне и теле желудка. У собак и свиней внутренний фактор образуется главным образом в пилорической части желудка.