
ВОЕННО-МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ
Экз №__
Кафедра клинической биохимии и лабораторной диагностики
«УТВЕРЖДАЮ»
ИО начальника кафедры
клинической биохимии и
лабораторной диагностики
полковник медицинской службы
В.ПАСТУШЕНКОВ
«___» _____________ 2008 г.
доцент кафедры клинической биохимии и лабораторной диагностики
доктор медицинских наук В.АНТОНОВ
_____________________________________________________________________
должность, ученая степень, ученое звание, воинское звание, инициал имени, фамилия автора (авторов)
ЛЕКЦИЯ № 37
_________________________________________
(номер по тематическому плану изучения дисциплины)
по дисциплине: «Биохимия»
___________________________________________________________
(наименование учебной дисциплины)
на тему: «Биохимия пищеварения»
________________________________________________
(наименование темы занятий по тематическому плану изучения дисциплины)
с курсантами и студентами 2 курса факультетов подготовки врачей
(военно-медицинских специалистов иностранных армий)
Обсуждена и одобрена на заседании кафедры
«____» ____________ 200___ г.
Протокол №______
Уточнено (дополнено):
«____» ____________ 200___ г.
_____________________________________
(воинское звание, подпись, инициал имени, фамилия)
Лекция на тему: «Биохимия пищеварения »
Учебные групп: курсанты и слушатели II курса ФПВ
Цель лекции: Рассмотреть молекулярные основы функционирования пищеапрительной системы.
Время лекции: 2 часа
План лекции.
Введение.
Пищеварение в полости рта
Биохимические основы функционирования слюнных желез
Нарушения деятельности слюнных желез
Десневая жидкость
Механизмы повреждений слизистой оболочки полости рта
Пищеварение в желудке и двенадцатиперстной кишке
Пищеварение в тонкой кишке
Пищеварение в толстой кишке
Всасывание питательных веществ
Биологически активные вещества кишечного тракта
Биохимические основы некоторых расстройств
Заключение
Введение
Пищеварительная система обеспечивает процесс пищеварения - превращения пищи в вещества, способные усваиваться организмом. Функциональное значение - обеспечение организма необходимой энергией и пластическим материалом.
Основные структурные компоненты: пищеварительный канал и многочисленные пищеварительные железы, секреты которых изливаются в просвет тракта.
Пищеварение в полости рта
Состав слюны, В слюне содержание К+ и особенно Na+ ниже, чем в сыворотке крови, в то время как концентрация Са2+ в слюне в 5 раз превышает концентрацию его в сыворотке крови. У женщин уровень Na+, K+ и Са2+ в слюне ниже, чем у мужчин. У лиц обоих полов слюна содержит небольшое количество липидов, которые представлены фосфолипи-дами, нейтральными липидами и гликолипи-дами. Фосфолипиды слюны характеризуются высоким содержанием фосфатидилэтанода-мина, фосфатидилхолина, сфингомиелина, лизофосфатидилхолина и низким содержанием фактора активации тромбоцитов, лизофак-тора активации тромбоцитов, тромбоксана Вг, лейкотриена В4 и др. Нейтральные липи-ды — свободные жирные кислоты, холестерин, эфиры холестерина, моно-, ди- и три-глицериды. В слюне отношение холесте-рин/фосфолипиды в 19,5 раза выше, чем в сыворотке крови.
Функции слюны. Слюна как секрет начального отдела пищеварительного тракта выполняет разные функции. Слюной смачиваются и увлажняются ткани полости рта и глотки.
Прием пищи резко усиливает выделение слюны, которая не только увлажняет, но и охлаждает горячие и обогревает холодные пищевые массы- При отрыжке в полость рта содержимого желудка слюна выступает в роли разбавителя и нейтрализатора соляной кислоты, желчи и других агрессивных продуктов. При выделении слюны с поверхности слизистой оболочки, зубов, межзубных промежутков смываются и переходят в ротовую жидкость частицы пищи, микробы, вирусы, которые подвергаются воздействию высокоактивных бактерицидных секретов эпителиальных клеток слюнных желез ферментативной природы. Специфические антитела классов A, G и М обеспечивают агрегацию и деструкцию инфекционных агентов, усиливают фагоцитарную активность лейкоцитов, содержащихся в ротовой жидкости. Адекватный состав слюны является необходимым условием для поддержания нормального видового состава и питания микробной флоры ротовой полости, обеспечения жизнедеятельности и фагоцитарной активности лейкоцитов, эмигрирующих в ротовую полость. Высокая концентрация в слюне гемостатических веществ препятствует развитию значительных кровотечений при механических повреждениях интактной слизистой ротовой полости, а наличие в слюне факторов роста, нейромедиаторов и других веществ создает оптимальные условия для развития процессов регенерации. Слюна забу-феривает содержимое полости рта и ротовой жидкости, в результате чего буферные системы (гидрокарбонатная, белковая) ослабляют биологическое действие кислых и щелочных компонентов пищи на ткани ротовой полости. Поступление со слюной в ротовую полость муцина предотвращает осаждение из слюны фосфатов кальция, находящегося там в виде пересыщенного раствора. В то же время при участии кальцийсвязывающих протеинов, богатых пролином, составляющих до 70 % всех белков, выделяемых в составе слюны, индуцируется образование пелликулы на эмали и осуществляется рекальцинация эмали зубов. Дефицит в слюне гликопротеи-дов предрасполагает к развитию зубных бляшек, кариеса, зубных камней. Недостаточность клеточного и гуморального иммунитета предрасполагает к развитию в тканях ротовой полости дистрофических процессов, стоматита, гингивита, глоссита, пародонтоза и др.
Пищеварительная функция слюнных желез состоит в выделении в ротовую полость адекватного количества и состава слюны в соответствии с видом пищевого раздражителя. Слюна смачивает пищу, обволакивает пище-
вые частицы муцином, лишает их абразивных свойств, облегчает проглатывание, растворение солей, Сахаров и других веществ. Одновременно пищевая масса обогащается белком (слюна человека содержит много богатых пролином белков). Наличие в слюне ферментов обеспечивает расщепление полисахаридов альфа-амилазой, основным источником которой являются околоушные и подчелюстные железы, в периоды жевания, проглатывания и нахождения пищевых масс в желудке вплоть до пропитывания кислым желудочным соком. Липаза, выделяемая железами языка, расщепляет липиды на всем протяжении желудочно-кишечного тракта. Расщепление фосфомоно-эфиров осуществляется щелочной и кислой фосфатазой (основной источник — мелкие слюнные железы), а основные белки, нуклеиновые кислоты, нуклеопротеиды расщепляются под действием калликреина, нуклеаз полости рта во время жевания и проглатывания пищи. В просвете всех отделов пищеварительного тракта белковые вещества расщепляются саливаином. Адекватность количества и качества слюны обеспечивается низким порогом рецепции осмотически активных веществ, натрия, находящегося в слюне в гидратирован-ной форме, афферентацией в гипоталамичес-кие центры, участвующие в регуляции водно-солевого и других видов обмена. В результате этого происходит, в зависимости от вида пищи, достаточно точная «настройка» секреторного цикла на выделение со слюной неорганических и органических вешеств, в том числе сосудорасширяющих и сосудосуживающих, нейротрофических факторов (калликре-ин, катехоламины, гистамин, ацетилхолин), воздействующих на кровообращение и трофику тканей ротовой полости. Развивается «рабочая» гиперемия желудка и кишечника, выделяется гастрин клетками слизистой оболочки желудка. Во время фоновой и вызванной секреции слюнных желез регуляторные механизмы удерживают рН слюны на уровне, обеспечивающим образование и сохранение структуры апатитов в эмали зубов (рН 6,0— 8,0). Секреторная деятельность слюнных желез неразрывно связана с их выделительной функцией. В результате слюноотделения внутренние среды организма освобождаются от чужеродных веществ органической и неорганической природы — денатурированных белков, азотистых шлаков, антигенов, катионов, анионов, креатинина, тиоцианатов, лития, кадмия, селена, кальция, калия, магния, натрия, железа, хлора, фтора, йода, этилового алкоголя и др.). Со слюной выделяются:
-
излишки метаболитов — аммиак, мочевина, ацетоновые тела, аминокислоты, кетокислоты, молочная кислота и др.
-
излишки гормонов — эстроген и прогестерон, тестостерон, кортизол, альдостерон, тироксин и др.;
-
лекарственные вещества — сульфаниламиды, салицилаты, антибиотики, соли тяжелых металлов и др.;
-
нейромедиаторы — ацетилхолин, норадреналин, адреналин, дофамин и др.;
-
витамины группы В, аскорбиновая кислота, витамины К,Аи др.;
• ферменты — сукциндегидрогеназа, аспартат- и аланинаминотрансфераза, пероксидаза, каталаза, карбоангидраза, кислая фосфатаза, липаза, аиетилхолинэстераза, альфа-амилаза, бета-О-глюкуронидаза, лизоцим, уреаза, протеолитические ферменты, калликреин, ферменты свертывания крови, арилсульфатаза А. Немаловажную роль в организме выполняет эндокринная функция слюнных желез, так как они продуцируют гормоны и гормонопо- добные вещества.
Паротии — полипептид, регулирует фос-форно-кальциевый обмен, активирует обызвествление дентина, длинных трубчатых костей, снижает содержание кальция и холестерина в крови, стимулирует белковый синтез, гемопоэз, функции РЭС.
Эрятропоэтин стимулирует пролиферацию клеток эритроидного ростка костного мозга и увеличивает продукцию и выброс эритроцитов в кровоток.
Фактор роста нервов после освобождения из слюнных желез и переходе в кровь аккумулируется ядрами развивающихся чувствительных и симпатических нейронов, придает им способность к отрастанию и регенерации аксонов.
Фактор эпндермального роста (полипептид) стимулирует пролиферативные процессы в эпителии ротовой полости, коже, мочеполовом тракте и др.
Слюнные железы человека и животных также синтезируют и освобождают в кровь глкжагок, соматостатин, натрийуретический гормон.
Адекватная деятельность слюнных желез возможна лишь при полноценном функционировании механизмов их защиты. Слюнные железы снабжены эффективным гистогема-тическим барьером, который проницаем лишь для низкомолекулярных соединений, не связанных с белками (стероидные гормоны и др.). Благодаря этому паренхима слюнных желез достаточно надежно защищена от патогенного действия крупномолекулярных чужеродных патогенных агентов, проникающих в кровоток. Предохранение от повреждений патогенными факторами, проникающими в просвет ацинусов и протоков, происходит при участии неспецифических и специфических механизмов. В неспецифической защите задействован процесс образования слюны. При фоновой и вызванной секреции главных слюнных желез слюна производит механическую очистку протоков, а содержание в ней белка препятствует выпадению Са2+ из перенасыщенного им раствора. Наличие гемоста-тических факторов в слюне (высокая концентрация тромбопластина, антигепарина, протромбинового комплекса, факторов II, V, VII, X, активаторов плазминогена и плазми-на) служат надежной защитой от кровотечений при повреждениях паренхиматозных тканей слюнных желез. В неспецифической про-тивобактериальной и противовирусной защите немаловажную роль играет содержание в слюне ДНКазы, расщепляющей ДНК и РНК вирусов и бактерий.
Малые слюнные железы, как и главные, содержат слизистые и серозно-слизистые клетки. В слюне малых слюнных желез содержатся белок, гликопротеины, гликозами-ногликаны и ферменты (главным образом щелочная фосфатаза, а также кислая фосфатаза, сукциндегидрогеназа, МАО). Эти слюнные железы играют важную роль в формировании специфической защиты тканей ротовой полости. Специфическая защита обеспечивается за счет постоянного ретроградного перемещения антигенов из ротовой полости по выводным протокам малых слюнных желез к клеткам местной иммунной системы (макрофаги, Т-лимфоциты, плазматические клетки), инфильтрирующей стенки выводных протоков. Это стимулирует образование антител, преимущественно класса А, меньше G и совсем мало класса М. Выделяющиеся в просвет протоков антитела (главным образом, иммуноглобулин класса А) входят в состав барьера, сформированного муцином. Комплексный барьер препятствует связыванию чужеродных веществ на поверхности протоков и тем самым защищает их от повреждения.
Нарушения деятельности слюнных желез воз никают при срыве неспецифической и специфи менениях иейрогуморальной регуляции. Независимо от причины механизмы нарушений внешней и внутрисекреторной деятельности слюнных желез связаны с дисфункцией их ацинарных и/или притоковых отделов, принимающих различное участие в секреции слюны. В результате возникают разные виды дисхилий — нарушений секреции слюны и ее состава.
Протеодисхнлия характеризуется значительным снижением содержания белков в секрете слюнных желез. Нарушения белкового синтеза при протеодисхилии связаны с повреждениями и нарушениями функции эрга-стоплазмы — рибосом, которые в этих случаях обычно смещаются на внешнюю поверхность эндоплазматической сети. Угнетение белкового синтеза в секреторных клетках слюнных желез часто сочетается с нарушениями обмена фосфолипидов.
Мукодисхилия является следствием повреждения токсинами бактерий и другими факторами слизистых ацинусов, в которых снижается синтез фукомуиина, сиаломуцина и мукоитинсерной кислоты. При мукодисхи-лии заметно ослабляется противобактериаль-ная, антивирусная защита слизистой полости рта.
Гидродисхилия развивается при отеке эпи-телиоцитов канальцев, особенно в области исчерченных протоков. Отек канальцев возникает при общих нарушениях водно-солевого обмена — энтероколитах, диспепсии, пи-лоростенозе, острых инфекционных болезнях.
Помимо качественных изменений состава слюны при дисхилиях, не менее важное значение имеют количественные нарушения в секреции слюны.
Гиперсаливация возникает при заболеваниях ротовой области (стоматит, повреждение протезами), повреждениях слюноотделительных нервных центров (энцефалиты, травмы мозга, опухоли мозга). Гиперсаливация вызывает избыточное смачивание пиши на фоне дефектного обволакивания ее муцином, недостаточности снижения абразивных свойств пищи. Это определяет возможность альтерации слизистых оболочек при пережевывании и глотании пищевого комка.
Гипосаливацня отмечается вследствие значительной потери воды при сахарном диабете, инфекционных лихорадках, длительном бессознательном состоянии и др. При гипоса-ливации возникает недостаточность смачивания пищевого комка и обволакивания его густой слизью, затрудняется проглатывание, развивается сухость слизистых оболочек ротовой полости, резко нарушается состав бактериальной флоры, легко возникает воспаление.
Асиалия характеризуется выпадением смачивания и обволакивания пищевых масс в ротовой полости, ксеростомией, тяжелыми дегенеративными и воспалительными процессами в тканях ротовой полости, часто в сочетании с другими системными поражениями желудочно-кишечного тракта.
В типовых проявлениях разных видов патологии слюнных желез имеются существенные различия.
Возрастные изменения функции слюнных желез. В слюнных железах, как и в других эк-зокринных железах, с увеличением возраста уменьшается синтез подлежащих секреции белков. Возрастные дегенеративные изменения артерий слюнных желез в виде фиброза и фрагментации внутренней эластической мембраны и фиброза медии сочетаются с ограничением объема кровотока в железистой ткани. В паренхиме на этом фоне увеличивается количество жировых клеток, расширяются меж-дольковые протоки с заполнением их беспорядочно расположенными фрагментирован-ными коллагеновыми волокнами. Клетки ацинусов атрофируются, обедняются гранулами секрета. Внутридольковые протоки расширяются, эпителий гиперплазируется и уплотняется, увеличивается масса фиброзной ткани, появляются слоистые отложения. При общем уменьшении секреторной деятельности с возрастом выделение со слюной альфа-амилазы, иммуноглобулинов классов А и G снижается, а общее содержание белков увеличивается. В то же время уменьшается содержание в слюне одновалентных ионов и их выделение в секреторном цикле. Атрофия ацинусов, гиперплазия и расширение протоков прогрессивно развиваются в главных и малых слюнных железах. Возрастное угнетение секреторной функции слюнных желез зависит также от состояния зубных рядов. Частичное отсутствие зубов и особенно адентия усугубляют дефицит слюноотделения из-за дефицита стимуляции рецепторов полости рта.
Острая блокада выведения слюны возникает при закупорке протоков при слюннокаменной болезни, перевязке протоков и других хирургических вмешательствах на слюнных железах.
Слюннокаменная болезнь развивается при предрасположенности к образованию слюнных камней в связи с содержанием в слюне повышенного количества липидов. Образующиеся в протоках камни состоят из органической и кристаллической фазы. Органическая фаза (25—39 %) представлена гликопроте-идами, мукоидами, гликозаминогликанами,
Десневая жидкость
Эффективную местную защиту околозубного эпителия создают компоненты десневой жидкости. Десневая жидкость происходит из плазмы крови и состоит из жидкой части, напоминающей воспалительный экссудат по содержанию лизосо-мальных ферментов, высокой концентрации антител классов A, G, М, СЗ-компонента комплемента и твердой части, содержащей многочисленные нейтрофильные лейкоциты, в меньшей степени моноциты, Т- и В-лимфо-циты и бластные клетки. На поверхности неповрежденного околозубного эпителия защита осуществляется путем фагоцитоза, компле-ментзависимых реакций антиген—антитело и клеточно-опосредованных иммунных реакций. Механическое раздражение околозубного эпителия резко повышает ток десневой жидкости и усиливает защиту этой области, особенно при употреблении бактерицидных фармакологических препаратов, так как они поступают в десневую жидкость уже через несколько минут после проникновения в общий кровоток.
Механизмы повреждений слизистой оболочки полости рта
В мягких тканях полости рта наиболее ранимым является подслизистый слой. Повреждения слизистой оболочки зависят от функционального состояния коагуляционной, тромбо-цитарной, макрофагальной систем, от количества факторов роста, нейромедиаторов, гормонов и токсических субстанций, выделяемых со слюной. Коагуляционная система обеспечивает первичный гемостаз в поврежденных участках слизистой оболочки за счет свертывания крови, ретракции сгустка и удаления излишней его массы путем фибриноли-за. Нарушение первичного гемостаза возникает при недостаточности образования активного тромбопластина (гемофилии), тромбина и фибрина (повреждение печени), чрезмерном фибринолизе (коагулопатия потребления). Угнетение функции коагуляционной системы характеризуется кровоточивостью поврежденной слизистой оболочки. Тромбоциты участвуют в первичном гемостазе, образуя тромбоцитарную пробку, а также секрети-руя тромбоцитарные факторы. Высвобождение фактора роста тромбоцитов, тромбоци-тарного фактора 4 и бета-тромбоглобулина уже в наномолярных концентрациях обеспечивает положительный хемотаксис, митоген-ную стимуляцию клеток, инвазирующих зону дефекта слизистой оболочки — фиброблас-тов, экдотелиоцитов и др. При тромбоцитопе-нии, врожденных или приобретенных дефектах тромбоцитов пролиферация клеток заметно угнетается, что ведет к нарушению обновления клеток слизистой оболочки и угнетению процессов ее восстановления при повреждениях.
Микро- и макрофаги фагоцитируют бактерии и нежизнеспособные клетки поврежденных тканей, высвобождают факторы коагуляции, активаторы и ингибиторы плазминогена, коллагеназу, лизосомные ферменты, фибро-нектин и сильнодействующий митотический фактор. Количественные (лейкопения) и качественные (апластическая анемия, лейкозы) изменения системы микро- и макрофагов сочетаются с торможением процессов заживления ран слизистой оболочки и облегчением развития инфекционных осложнений.
Фактор роста эпителия — полипептидный митогенный гормон играет активную роль в процессах заживления ран, ускоряя образование грануляций. У человека в слюне околоушной слюнной железы концентрация фактора роста эпителия достигает 2700 пг/мл, в смешанной слюне — 864 пг/мл. Гормон синтезируют зернистые клетки извитых канальцев слюнных желез. Синтез и высвобождение гормона стимулируются катехоламинами и симпатическими нервами, угнетаются холинопо-добными веществами и при стимуляции парасимпатических нервов. При десимпатизации слюнных желез продукция фактора роста эпителия прекращается, ослабление наблюдается при гипотиреозе, введении фармакологических препаратов — адреноблокаторов. Гиперти-реоз, возбуждение симпатико-адреналовой системы характеризуются усилением продукции гормона. Высвобождаемый фактор роста эпителия связывается с белком-носителем — аргининэндопептидазой и из предшественника превращается в активный гормон. В клетках-мишенях слизистой оболочки гормон вза имодействует со специфическими рецепторами, интерн ал изируется и немедленно вызывает реакцию тирозинспецифического фосфори-лирования. В результате этой реакции в цитоплазме повышается концентрация ионов Са2+, а величина внутриклеточного рН смещается до значений, стимулирующих пролиферацию клеток. Фактор роста эпителия повышает активность орнитинде карбоксил азы — ключевого энзима в синтезе полиаминов (путресцин и др.). Одновременно он усиливает синтез РНК-полимеразы. Повышение содержания полиаминов, МРНК и белков стимулирует пролиферацию клеток и кератинизацию эпителия. При ранении или иных повреждениях слизистой оболочки (эрозии, язвы) в клетках-мишенях резко возрастает связывание фактора роста эпителия, что стимулирует процессы регенерации в поврежденных участках. При избытке или дефиците фактора роста эпителия развитие процессов регенерации в зонах повреждения нарушается.
Трансформирующий фактор роста (ТФР) содержится в слюне человека. По структуре ТФР гомологичен фактору роста эпителия — он связывается одинаковыми с ним рецепторами цитоплазматической мембраны. Оба фактора обладают близкой биологической активностью, являясь стимуляторами пролиферации клеток в участках повреждения слизистой оболочки полости рта и нижележащих отделов желудочно-кишечного тракта.
Фактор роста нервов (ФРН) постоянно синтезируется в зернистых клетках извитых канальцев слюнных желез. При стимуляции симпатико-адреналовой системы высвобождение ФРН со слюной резко возрастает. Нервные окончания чувствительных нейронов в слизистой оболочке полости рта связывают ФРН при участии специфических рецепторов, затем фактор интернализируется, попадает в аксоплазму и с ее ретроградным током поступает в область перикариона чувствительных нейронов тройничных ядер спинномозговых ганглиев. В этой области при участии ФРН регулируется синтез нейро-нальных белков, необходимых для поддержания анатомо-физиологической целостности центральных и периферических окончаний афферентных нейронов, иннервирующих слизистую оболочку полости рта. Окончания симпатических нейронов в слюнных железах через посредство специфических рецепторов связывают ФРН, содержащийся в интерсти-циальной жидкости, после интернализации ретроградный аксональный ток доставляет ФРН в сому адренергических нейронов верхнего шейного ганглия. В этих нейронах ФРН регулирует синтез нейромедиаторов, через посредство которых осуществляется контроль функции не только слюнных желез, но и шишковидной железы и других эндокринных желез.
Соматомедин (инсулиноподобный фактор роста) синтезируется в клетках вставочных протоков нижнечелюстных и в меньшей степени в других слюнных железах человека и животных. Синтез и высвобождение сомато-медина со слюной зависит от концентрации соматотропина в плазме крови. Соматомедин неспецифически стимулирует пролиферацию клеток. Факторы роста эпителия, фиброблас-тов и др., поступающие со слюной в полость рта, усиливают пролиферацию клеток преимущественно поврежденной слизистой оболочки и почти не оказывают эффекта на неповрежденную слизистую, покрытую пелликулой, мало проницаемой для макромолеку-лярных соединений. Аналогичная закономерность проявляется и в нижележащих отделах желудочно-кишечного тракта, где пелликула не формируется. Это связано с локализацией специфических рецепторов на базалатераль-ной мембране и отсутствием их на апикальной поверхности эпителиальных клеток.
Катехоламины и, по-видимому, другие ней-ромедиаторы в слюне находятся в большей концентрации, чем в интерстициальной жидкости и плазме крови. Обладая относительно малой мол. м. (адреналин — 183 Да, норадре-налин — 205 Да), они легко проникают через пелликулу слизистой и участвуют в регуляции метаболизма и пролиферации клеток слизистой оболочки ротовой полости. Катехоламины влияют на метаболизм путем активации аденилатциклазы и повышения образования цАМФ — универсального вторичного посредника-регулятора внутриклеточного метаболизма. Катехоламины проникают в ядра, связываются с ДНК, изменяя ее макромолеку-лярную структуру. Они взаимодействуют также с другими компонентами клеточного ядра. Под воздействием катехоламинов в ядре усиливаются процессы трансляции, транскрипции и репликации. Активируя орнитин-декарбоксилазу, катехоламины способствуют повышению концентрации в эпителиальных клетках полиаминов (путресцин, спермидин и спермин) — стимуляторов пролиферации. Дефицит катехоламинов индуцирует развитие дистрофических процессов в клетках.