Материал взят с сайта www.hystology.ru

В тонкой кишке продолжаются химическая переработка пищевых масс, процесс всасывания, выработка биологически активных веществ. С помощью перистальтических сокращений стенки происходит продвижение содержимого кишечника в каудальном направлении.

Кишечник развивается из следующих эмбриональных зачатков: внутренняя эпителиальная выстилка - из энтодермы, соединительнотканные и гладкомышечные структуры - из мезенхимы, мезотелий серозной оболочки - из висцерального листка несегментированной мезодермы.

Как и в желудке, стенка кишечника состоит из трех оболочек: слизистой, мышечной, серозной (рис. 270). Характерная особенность ее строения - наличие постоянных структур, функция которых направлена на увеличение всасывающей поверхности эпителиального слоя слизистой оболочки. Этими структурами являются: складки, кишечные ворсинки, крипты, исчерченная каемка клеток эпителиального слоя. Образуются они слизистой оболочкой, построенной из эпителиального слоя, основной пластинки, мышечной пластинки, подслизистой основы. В формировании кишечных складок принимают участие все слои слизистой оболочки. Ворсинки представляют пальцевидные выросты основной пластинки, покрытые эпителиальным слоем. Крипты - это трубковидные впячивания в ткань основной пластинки поверхностного эпителиального слоя.

Исчерченная каемка построена из микроворсинок, плазмолеммы апикального полюса эпителиальных клеток.

Клетки эпителиального слоя, покрывающие ворсинки, развиваются из стволовых клеток крипт. Основными клетками эпителиального слоя являются энтероциты с исчерченной каемкой. Они цилиндрической формы с ярко выраженной полярностью: ядро

Рис. 270. Тонкая кишка:

1 - слизистая оболочка; 2 - мышечная и 3 - серозная оболочки; -4 - однослойный эпителия ворсинки; 3 - основная пластинка слизистой оболочки; 6 - ворсинки; 7 - крипты; 8 - мышечная пластинка: 9 - подслизистая основа; 10 - кровеносные сосуды; 11 - подслизистое сплетение; 12 - кольцевой слой мышечной оболочки; 13 - продольный слой мышечной оболочки; 14 - межмышечное нервное сплетение; 15 - мезотелий.

находится в базальной части энтероцита, а на апикальном полюсе лежит исчерченная каемка. Последняя состоит из многочисленных выпячиваний плазмолеммы клетки, хорошо различимых в электронный микроскоп (рис. 271), увеличивающий всасывающую поверхность слизистой оболочки в 30 раз. Благодаря высокой активности ферментов, расположенных в исчерченной каемке, процесс расщепления и всасывания веществ протекает здесь значительно интенсивнее, чем в полости кишечника. На поверхности микроворсинки находится гликокаликс, тесно связанный с клеточной мембраной. Он имеет вид тонкой пленки и состоит из гликопротеидов. С помощью гликокаликса вещества адсорбируются на поверхности энтероцитов. В цитоплазме под каемкой лежит клеточный центр, а над ядром - комплекс Гольджи. В базальной части клетки много рибосом, полисом, митохондрий.

Апикальные зоны соседних энтероцитов соединяются между собой с помощью плотных контактов и замыкающих пластин, этим закрывая межклеточные пространства и предотвращая неконтролируемое проникновение в них веществ из полости кишечника.

В эпителиальном слое между каемчатыми энтероцитами находятся бокаловидные клетки. Это одноклеточные железы, секретирующне слизь, увлажняющую внутреннюю поверхность слизистой оболочки. После выделения секрета бокаловидные клетки принимают цилиндрическую форму. В процессе накопления секрета ядро и органеллы оттесняются к базальному полюсу. В клетке развиты

Рис. 271.

А - схема строения однослойного столбчатого эпителия:
1 - микроворсинки каемки; 2 - ядро; 3 - базальная мембрана; 4 - соединительная ткань; Б - электронная микрофотография апикального полюса клетки.

комплекс Гольджи, гладкая эндоплазматическая сеть, митохондрии. В эпителиальном слое встречаются эндокринные (аргирофильные) клетки, продуцирующие биологически активные вещества. Все клетки эпителиального слоя расположены на базальной мембране.

Основная пластинка построена из рыхлой соединительной ткани, содержит также ретикулярную ткань, лимфоциты, плазматические клетки, эозинофилы. В ее центральной части расположен лимфатический сосуд. Вдоль него ориентированы гладкомышечные клетки (миоциты) - сократительный компонент ворсинки, кровеносные сосуды, нервы. В основной пластинке, расположеннойниже ворсинок, лежат крипты, выстланные однослойным цилиндрическим эпителием. Они так же, как ворсинки, увеличивают всасывающую поверхность слизистой оболочки.

Среди клеток эпителия встречаются каемчатые и безкаемчатые энтероциты, бокаловидные клетки, панетовские клетки, эндокринные клетки. Строение каемчатых энтероцитов (столбчатых клеток) и бокаловидных клеток аналогично клеткам ворсинки. Безкаемчатые энтероциты столбчатой формы, характеризуются высокой митотической активностью. За счет их деления происходит физиологическая замена отмирающих клеток эпителиального покрова. Панетовские (апикальнозернистые) клетки находятся на дне крипт, их отличает крупная оксифильная зернистость, а также наличие электроноплотной мембраны. Вырабатывают эти клетка секрет, влияющий на процесс расщепления белков. Есть мнение, что он нейтрализует соляную кислоту химуса.

Мышечная пластинка слизистой оболочки состоит из гладкомышечных клеток, формирующих внутренний циркулярный и наружный продольный слои.

Подслизистая основа представлена рыхлой неоформленной соединительной тканью. Здесь расположены кровеносные и лимфатические сосуды, подслизистое нервное сплетение. В двенадцатиперстной кишке в этом слое находятся сложные разветвленные трубчатые дуоденальные (подслизистые) железы.

Клетки концевого отдела имеют светлую, содержащую слизистые включения цитоплазму и темное, расположенное у основания клетки ядро. Выводные протоки, построенные из более мелких кубических или цилиндрических клеток, открываются в крипты или в промежутки между ворсинками. В дуоденальных железах встречаются отдельные эндокринные, париетальные, панетовские, бокаловидные клетки. Дуоденальные железы продуцируют секреты, участвующие в расширении углеводов и нейтрализации соляной кислоты.

Мышечная оболочка сформирована двумя слоями гладкомышечных клеток: внутренним и наружным. Внутренний слой более развит и его клетки по отношению к просвету органа лежат циркулярно. Наружный слой состоит из продольно ориентированных клеток. Между этими слоями в рыхлой соединительной ткана расположено мышечное нервное сплетение. Благодаря сокращению мышечной оболочки происходит продвижение пищевого материала вдоль кишечника.

Серозная оболочка состоит, как правило, из рыхлой соединительной ткани и мезотелия.

Краткий обзор функционирования пищеварительной системы

Пищевые продукты, которые мы потребляем, не могут быть усвоены в таком виде. Для начала пища должна быть обработана механически, переведена в водный раствор и расщеплена химически. Неиспользованные остатки необходимо выводить из организма. Поскольку наш желудочно-кишечный тракт состоит из тех же составляющих, что и пища, то его внутренняя поверхность должна быть защищена от воздействия пищеварительных ферментов. Так как мы принимаем пищу чаще, чем она переваривается и продукты расщепления абсорбируются, а кроме того выведение шлаков осуществляется один раз в день, в желудочно-кишечном тракте должна быть предусмотрена возможность для хранения пищи в течение определенного времени. Координация всех этих процессов осуществляется в первую очередь: (1) автономной или гастроэнтеральной (внутренней) нервной системой (нервные сплетения желудочно-кишечного тракта); (2) приходящими извне нервами вегетативной нервной системы и висцеральными афферентами, а также (3) многочисленными гормонами желудочно-кишечного тракта.

Наконец, тонкий эпителий пищеварительной трубки представляет собой гигантские ворота, через которые в организм могут проникать возбудители болезней. Существует целый ряд специфических и неспецифических механизмов защиты этой границы между внешней средой и внутренним миром организма.

В желудочно-кишечном тракте жидкая внутренняя среда организма и внешняя среда отделены друг от друга лишь очень тонким (20-40 мкм), но огромным по площади слоем эпителия (около 10 м 2), через который могут всасываться необходимые для организма вещества.

Желудочно-кишечный тракт состоит из следующих отделов: рот, глотка, пищевод, желудок, тонкий кишечник, толстый кишечник, прямая кишка и анус. К ним присоединены многочисленные экзокринные железы: слюнные железы

ротовой полости, железы Эбнера, желудочные железы, поджелудочная железа, желчная система печени и крипты тонкого и толстого кишечника.

Моторная активность включает жевание во рту, глотание (глотка и пищевод), размельчение и перемешивание пищи с желудочным соком в дистальном отделе желудка, перемешивание (рот, желудок, тонкий кишечник) с пищеварительными соками, перемещение во всех частях желудочнокишечного тракта и временное хранение (проксимальный отдел желудка, слепая кишка, восходящая часть ободочной кишки, прямая кишка). Время прохождения пищи по каждому из участков желудочно-кишечного тракта представлено на рис. 10-1. Секреция происходит по всей длине пищеварительного тракта. С одной стороны, секреты служат смазывающими и защитными пленками, а с другой стороны, содержат ферменты и другие вещества, обеспечивающие переваривание. Секреция подразумевает транспорт солей и воды из интерстициума в просвет желудочно-кишечного тракта, а также синтез белков в секреторных клетках эпителия и их транспорт через апикальную (люминальную) плазматическую мембрану в просвет пищеварительной трубки. Хотя секреция и может происходить спонтанно, большая часть железистой ткани находится под контролем нервной системы и гормонов.

Переваривание (ферментативный гидролиз белков, жиров и углеводов), происходящее во рту, желудке и тонком кишечнике является одной из основных функций пищеварительного тракта. В его основе лежит работа ферментов.

Реабсорбция (или в русском варианте всасывание) подразумевает транспорт солей, воды и органических веществ (например, глюкозы и аминокислот из просвета желудочно-кишечного тракта в кровь). В отличие от секреции, размеры реабсорбции определяются, скорее, предложением реабсорбируемых веществ. Реабсорбция ограничена определенными участками пищеварительного тракта: тонкий кишечник (питательные вещества, ионы и вода) и толстый кишечник (ионы и вода).

Рис. 10-1. Желудочно-кишечный тракт: общая схема строения и время прохождения пищи.

Пища обрабатывается механически, перемешивается с пищеварительными соками и расщепляется химически. Продукты расщепления, а также вода, электролиты, витамины и микроэлементы реабсорбируются. Железы выделяют слизь, ферменты, ионы H + и HCO 3 - . Печень поставляет желчь, необходимую для переваривания жиров, а также содержит продукты, подлежащие выведению из организма. Во всех отделах желудочно-кишечного тракта происходит продвижение содержимого в проксимально-дистальном направлении, при этом промежуточные места хранения делают возможным дискретный прием пищи и опорожнение кишечного тракта. Время опорожнения имеет индивидуальные особенности и зависит прежде всего от состава пищи

Функции и состав слюны

Слюна образуется в трех больших парных слюнных железах: околоушных (Glandula parotis), подчелюстных (Glandula submandibularis) и подъязычных (Glandula sublingualis). Кроме того, желез, продуцирующих слизь, много в слизистых оболочках щек, нёба и глотки. Серозную жидкость выделяют также железы Эбнера, расположенные в основании языка.

В первую очередь слюна необходима для ощущения вкусовых стимулов, для сосания (у новорожденных), для гигиены полости рта и для смачивания твердых кусков пищи (при подготовке их к проглатыванию). Пищеварительные ферменты слюны необходимы, кроме того, для удаления остатков пищи из полости рта.

Функции слюны человека следующие: (1) растворитель для питательных веществ, которые лишь в растворенном виде могут быть восприняты вкусовыми рецепторами. Кроме того, слюна содержит муцины - смазывающие вещества, - которые облегчают пережевывание и проглатывание твердых частиц пищи. (2) Увлажняет ротовую полость и препятствует распространению возбудителей инфекций, за счет содержания лизоцима, пероксидазы и иммуноглобулина A (IgA), т.е. веществ, обладающих неспецифическими или, в случает с IgA, специфическими антибактериальными и противовирусными свойствами. (3) Содержит пищеварительные ферменты. (4) Содержит различные факторы роста, такие как NGF (nerve growth factor) и EGF (epidermal growth factor). (5) Младенцам слюна необходима для плотного присасывания губ к соску.

Она имеет слегка щелочную реакцию. Осмоляльность слюны зависит от скорости протекания слюны по протокам слюнных желез (рис. 10-2 А).

Слюна образуется в два этапа (рис. 10-2 Б). Сначала дольки слюнных желез производят изотоничную первичную слюну, которая вторично модифицируется во время прохождения по выводящим протокам железы. Na + и Cl - реабсорбируются, а K+ и бикарбонат секретируются. Обычно реабсорбируется больше ионов, чем выделяется, поэтому слюна становится гипотоничной.

Первичная слюна возникает в результате секреции. В большинстве слюнных желез белок-переносчик, обеспечивающий перенос в клетку Na+-K+-2Cl - (котранспорт), встроен в базолатеральную мемб-

рану клеток ацинуса. С помощью данного белкапереносчика обеспечивается вторично-активное накопление в клетке ионов Cl - , которые затем пассивно выходят в просвет протоков железы.

На втором этапе в выводящих протоках из слюны реабсорбируются Na+ и Cl - . Поскольку эпителий протока сравнительно непроницаем для воды, слюна в нем становится гипотоничной. Одновременно (небольшие количества) K+ и HCO 3 - выделяются эпителием протока в его просвет. По сравнению с плазмой крови слюна бедна ионами Na+ и Cl - , но богата ионами K + и HCO 3 - . При большой скорости течения слюны транспортные механизмы выводящих протоков не справляются с нагрузкой, поэтому концентрация K + падает, а NaCl - возрастает (рис. 10-2). Концентрация HCO 3 - практически не зависит от скорости течения слюны по протокам желез.

Ферменты слюны - (1) α-амилаза (называемая также птиалин). Этот фермент выделяется почти исключительно околоушной слюнной железой. (2) Неспецифические липазы, которые выделяются железами Эбнера, расположенными в основании языка, особенно важны для младенца, поскольку они могут переваривать жир молока уже в желудке благодаря ферменту слюны, проглоченному одновременно с молоком.

Выделение слюны регулируется исключительно ЦНС. Стимуляция ее обеспечивается рефлекторно под влиянием запаха и вкуса пищи. Все большие слюнные железы человека иннервируются как симпатической, так и парасимпатической нервной системой. В зависимости от количеств медиаторов, ацетилхолина (M 1 -холинорецепторы) и норадреналина (β 2 -адренорецепторы), состав слюны меняется вблизи клеток ацинуса. У человека симпатические волокна вызывают секрецию более тягучей слюны, бедной водой, чем при стимуляции парасимпатической системы. Физиологический смысл такой двойной иннервации, а также различия в составе слюны пока не известны. Ацетилхолин кроме того вызывает (через M 3 -холинорецепторы) сокращение миоэпителиальных клеток вокруг ацинуса (рис. 10-2 В), в результате чего содержимое ацинуса выдавливается в проток железы. Также ацетилхолин способствует образованию калликреинов, которые высвобождают брадикинин из кининогена плазмы крови. Брадикинин обладает сосудорасширяющим действием. Расширение сосудов усиливает выделение слюны.

Рис. 10-2. Слюна и ее образование.

А - осмоляльность и состав слюны зависят от скорости тока слюны. Б - два этапа образования слюны. В - миоэпителиальные клетки в слюнной железе. Можно предположить, что миоэпителиальные клетки предохраняют дольки от расширения и разрыва, которые могут быть вызнаны высоким давлением в них в результате секреции. В системе протока они могут выполнять функцию, направленную на сокращение или на расширение просвета протока

Желудок

Стенка желудка, показанная на его срезе (рис. 10-3 Б) образована четырьмя оболочками: слизистой, подслизистой, мышечной, серозной. Слизистая оболочка образует продольные складки и состоит из трех слоев: эпителиального слоя, собственной пластинки, мышечной пластинки. Рассмотрим все оболочки и слои.

Эпителиальный слой слизистой оболочки представлен однослойным цилиндрическим железистым эпителием. Он образован железистыми эпителиоцитами - мукоцитами, секретирующими слизь. Слизь формирует непрерывный слой толщиной до 0,5 мкм, являясь важным фактором защиты слизистой желудка.

Собственная пластинка слизистой оболочки образована рыхлой волокнистой соединительной тканью. В ней находятся мелкие кровеносные и лимфатические сосуды, нервные стволы, лимфоидные узлы. Основными структурами собственной пластинки являются железы.

Мышечная пластинка слизистой оболочки состоит из трех слоев гладкой мышечной ткани: внутреннего и наружного циркулярных; среднего продольного.

Подслизистая оболочка образована рыхлой волокнистой неоформленной соединительной тканью, содержит артериальное и венозное сплетения, ганглии подслизистого нервного сплетения Мейснера. В некоторых случаях здесь могут располагаться крупные лимфоидные фолликулы.

Мышечная оболочка образована тремя слоями гладкой мышечной ткани: внутренний косой, средний циркулярный, наружный продольный. В пилорическом отделе желудка циркулярный слой достигает максимального развития, формируя пилорический сфинктер.

Серозная оболочка образована двумя слоями: слоем рыхлой волокнистой неоформленной соединительной ткани и лежащим на нем мезотелием.

Все железы желудка, которые являются основными структурами собственной пластинки - простые трубчатые железы. Они открываются в желудочные ямки и состоят из трех частей: дна, тела и шейки (рис. 10-3 В). В зависимости от локализации железы делятся на кардиальные, главные (или фундальные) и пилоричекие. Строение и клеточный состав этих желез неодинаковы. В количественном отношении преобладают главные железы. Они являются наиболее слаборазветвленными из всех желез желудка. На рис. 10-3 В представлена простая трубчатая железа тела желудка. Клеточный состав этих желез включает (1) поверхностные эпителиальные клетки, (2) слизистые клетки шейки железы (или добавочные), (3) регенеративные клетки,

(4)париетальные клетки (или обкладочные клетки),

(5)главные клетки и (6) эндокринные клетки. Таким образом, основная поверхность желудка покрыта однослойным высокопризматическим эпителием, который прерывается многочисленными ямками - местами выхода протоков желез желудка (рис. 10-3 Б).

Артерии, проходят через серозную и мышечную оболочки, отдавая им мелкие ветви, распадающиеся до капилляров. Основные стволы образуют сплетения. Самое мощное сплетение - подслизистое. От него отходят мелкие артерии в собственную пластинку, где образуют слизистое сплетение. От последнего отходят капилляры, оплетающие железы и питающие покровный эпителий. Капилляры сливаются в крупные звездчатые вены. Вены образуют сплетение слизистой оболочки, а затем подслизистое венозное сплетение

(рис. 10-3 Б).

Лимфатическая система желудка берет начало от слепо начинающихся прямо под эпителием и вокруг желез лимфокапилляров слизистой оболочки. Капилляры сливаются в подслизистое лимфатическое сплетение. Отходящие от него лимфатические сосуды проходят мышечную оболочку, принимая в себя сосуды из лежащих между мышечными слоями сплетений.

Рис. 10-3. Анатомические и функциональные отделы желудка.

А - функционально желудок разделяют на проксимальный отдел (тоническое сокращение: функция хранения пищи) и дистальный отдел (функция перемешивания и переработки). Перистальтические волны дистального отдела желудка начинаются в области желудка, содержащей клетки гладкой мускулатуры, мембранный потенциал которых колеблется с наибольшей частотой. Клетки этой области являются водителями ритма желудка. Схема анатомического строения желудка, к которому подходит пищевод, представлена на рис. 10-3 А. Желудок включает в себя несколько отделов - кардиальный отдел желудка, дно желудка, тело желудка с пейсмейкерной зоной, антральный отдел желудка, привратник. Далее начинается двенадцатиперстная кишка. Желудок можно также разделить на проксимальный отдел желудка и дистальный отдел желудка. Б - разрез стенки желудка. В - трубчатая железа тела желудка

Клетки трубчатой железы желудка

На рис. 10-4 Б показана трубчатая железа тела желудка, а на вставке (рис. 10-4 А) вынесены ее слои, обозначенные на панели. Рис. 10-4 Б демонстрирует клетки, входящие в состав простой трубчатой железы тела желудка. Среди этих клеток мы уделяем внимание основным, играющим выраженную роль в физиологии желудка. Это, прежде всего, париетальные клетки, или обкладочные клетки (рис. 10-4 В). Основная роль этих клеток - выделение соляной кислоты.

Активированные обкладочные клетки выделяют большие количества изотоничной жидкости, которая содержит соляную кислоту в концентрации до 150 ммоль; активация сопровождается выраженными морфологическими изменениями обкладочных клеток (рис. 10-4 В). Слабо активированная клетка обладает сетью узких, разветвленных канальцев (диаметр просвета - около 1 мкм), которые открываются в просвет железы. Кроме того, в слое цитоплазмы, граничащем с просветом канальца, наблюдается большое количество тубуловезикул. В мембрану тубуловезикул встроены K + /H + -ATФаза и ионные K + - и Cl - - каналы. При сильной активации клетки тубуловезикулы встраиваются в мембрану канальцев. Таким образом значительно увеличивается поверхность мембраны канальцев и в нее встраиваются необходимые для секреции HCl транспортные белки (K + /H + -ATФаза) и ионные каналы для K + и Cl - (рис. 10-4 Г). При снижении уровня активации клетки тубуловезикулярная мембрана отщепляется от мембраны канальца и сохраняется в везикулах.

Механизм HCl-секреции сам по себе необычен (рис. 10-4 Г), поскольку он осуществляется H + -(и K +)-транспортирующей ATФазой в люминальной (канальцевой) мембране, а не так как это часто встречается во всем организме - с помощью Na + /K + -ATФазы базолатеральной мембраны. Na + /K + -ATФаза обкладочных клеток обеспечивает постоянство внутренней среды клетки: в частности, способствует клеточному накоплению K + .

Соляная кислота нейтрализуется, так называемыми, антацидами. Кроме того секреция HCl может затормаживаться за счет блокады ранитидином H 2 -рецепторов (Histamine 2 -receptors) обкладочных клеток или торможения активности H + /K + -ATФазы омепразолом.

Главные клетки выделяют эндопептидазы. Пепсин - протеолитический фермент - выделяется главными клетками желез желудка человека в неактивной форме (пепсиноген). Активация пепсиногена осуществляется аутокаталитически: вначале от молекулы пепсиногена в присутствии соляной кислоты (pH<3) отщепляется пептидная цепочка длиной около 45 аминокислот и образуется активный пепсин, который способствует активации других молекул. Активация пепсиногена поддерживает стимуляцию обкладочных клеток, выделяющих HCl. Встречающийся в желудочном соке маленького ребенка гастриксин (= пепсин C) соответствует лабферменту (химозин, реннин) теленка. Он расщепляет определенную молекулярную связь между фенилаланином и метионинон (Phe-Met-связь) в казеиногене (растворимый белок молока), благодаря чему этот белок превращается в нерастворимый, но лучше перевариваемый казеин («свертывание» молока).

Рис. 10-4. Клеточное строение простой трубчатой железы тела желудка и функции основных клеток, определяющих ее строение.

А - трубчатая железа тела желудка. Обычно 5-7 таких желез вливается в ямку на поверхности слизистой оболочки желудка. Б - клетки, входящие в состав простой трубчатой железы тела желудка. В - обкладочные клетки в покое (1) и при активации (2). Г - секреция HCl обкладочными клетками. В секреции HCl можно обнаружить два компонента: первый компонент (не подвержен стимуляции) связан с активностью Na + /К+-АТФазы, локализованной в базолатеральной мембране; второй компонент (подвержен стимуляции) обеспечивается Н + /К + -АТФазой. 1. Na + /К + -АТФаза поддерживает в клетке высокую концентрацию ионов К + , которые могут выходить из клетки через каналы в полость желудка. Одновременно Na + /К + -АТФаза способствует выведению Na + из клетки, который накапливается в клетке в результате работы белка-переносчика, обеспечивающего по механизму вторичного активного транспорта обмен Na + /H + (антипорт). На каждый выведенный ион Н + в клетке остается один OH-ион, который взаимодействует с CO 2 с образованием HCO 3 - . Катализатором этой реакции является карбоангидраза. HCO 3 - выходит из клетки через базолатеральную мембрану в обмен на Cl - , который затем секретируется в полость желудка (через Cl - -каналы апикальной мембраны). 2. На люминальной мембране H + / К + -АТФаза обеспечивает обмен ионов К + на ионы H + , которые выходят в полость желудка, которая обогащается HCl. На каждый выделенный ион H + и в данном случае с противоположной стороны (через базолатеральную мембрану) клетку покидает один анион HCO 3 - . Ионы К+ накапливаются в клетке, выходят в полость желудка через К + -каналы апикальной мембры и затем снова попадают в клетку в результате работы Н + /К + -АТФазы (циркуляция К + через апикальную мембрану)

Защита от самопереваривания стенки желудка

Целостности эпителия желудка прежде всего угрожает протеолитическое действие пепсина в присутствии соляной кислоты. От такого самопереваривания желудок защищает толстый слой тягучей слизи, которая выделяется эпителием стенки желудка, добавочными клетками желез дна и тела желудка, а также кардиальными и пилорическими железами (рис. 10-5 А). Хотя пепсин и может расщеплять муцины слизи в присутствии соляной кислоты, большей частью это ограничивается самым верхним слоем слизи, поскольку более глубокие слои содержат бикарбонат, кото-

рый выделяется клетками эпителия и способствует нейтрализации соляной кислоты. Таким образом, через слой слизи существует Н + -градиент: от более кислого в полости желудка до щелочного на поверхности эпителия (рис. 10-5 Б).

Повреждение эпителия желудка необязательно ведет к серьезным последствиям при условии, что дефект будет быстро устранен. В действительности, такие повреждения эпителия встречаются достаточно часто; однако они быстро устраняются за счет того, что соседние клетки распластываются, мигрируют в боковом направлении и закрывают дефект. Вслед за этим встраиваются новые клетки, образующиеся в результате митотического деления.

Рис. 10-5. Самозащита стенки желудка от переваривания благодаря секреции слизи и бикарбоната

Структура стенки тонкой кишки

Тонкий кишечник состоит из трех отделов - двенадцатиперстной, тощей и подвздошной кишок.

Стенка тонких кишок состоит из различных слоев (рис. 10-6). В целом, снаружи под серозной оболочкой проходит внешняя мышечная оболочка, которая состоит из наружного продольного мышечного слоя и внутреннего кольцевого мышечного слоя, и самым внутренним является мышечная пластинка слизистой оболочки, которая отделяет субмукозный слой от мукозного. пучки gap junctions)

Мышцы внешнего слоя продольной мускулатуры обеспечивают сокращение стенки кишечника. В результате стенка кишечника смещается относительно химуса (пищевой кашицы), что способствует лучшему перемешиванию химуса с пищеварительными соками. Кольцевая мускулатура сужает просвет кишечника, а мышечная пластинка слизистой оболочки (Lamina muscularis mucosae) обеспечивает движение ворсинок. Нервную систему желудочнокишечного тракта (гастроэнтеральную нервную систему) образуют два нервных сплетения: межмышечное нервное сплетение и подслизистое нервное сплетение. ЦНС способна оказывать влияние на работу нервной системы желудочно-кишечного тракта через симпатические и парасимпатические нервы, которые подходят к нервным сплетениям пищевой трубки. В нервных сплетениях начинаются афферентные висцеральные волокна, которые

передают нервные импульсы в ЦНС. (Подобное устройство стенки наблюдается также в пищеводе, желудке, толстом кишечнике и прямой кишке). Для ускорения реабсорбции поверхность слизистой оболочки тонкого кишечника увеличена за счет складок, ворсинок и щеточной каемки.

Внутренняя поверхность тонкой кишки имеет характерный рельеф благодаря наличию ряда образований - циркулярных складок Керкринга, ворсинок и крипт (кишечные железы Либеркюна). Эти структуры увеличивают общую поверхность тонкого кишечника, что способствует выполнению его основных функций пищеварения. Кишечные ворсинки и крипты являются основными структурно-функциональными единицами слизистой оболочки тонкого кишечника.

Слизистая (или мукозная оболочка) состоит из трех слоев - эпителиального, собственной пластинки и мышечной пластинки слизистой оболочки (рис. 10-6 А). Эпителиальный слой представлен однослойным цилиндрическим каемчатым эпителием. В ворсинках и криптах он представлен разными видами клеток. Эпителий ворсинок составлен четырьмя типами клеток - главными клетками, бокаловидными клетками, эндокринными клетками и клетками Панета. Эпителий крипт - пять видов

(рис. 10-6 В, Г).

У каемчатых энтероцитов

Бокаловидные энтероциты

Рис. 10-6. Строение стенки тонкого кишечника.

А - строение двенадцатиперстной кишки. Б - строение большого сосочка двенадцатиперстной кишки:

1. Большой сосочек двенадцатиперстной кишки. 2. Ампула протока. 3. Сфинктеры протоков. 4. Панкреатический проток. 5. Общий желчный проток. В - строение различных отделов тонкой кишки: 6. Железы двенадцатиперстной кишки (Бруннеровы железы). 7. Серозная оболочка. 8. Наружный продольный и внутренний круговой слои мышечной оболочки. 9. Подслизистая основа. 10. Слизистая оболочка.

11. Собственная пластинка слизистой оболочки с гладкими мышечными клетками. 12. Групповые лимфоидные узелки (лимфоидные бляшки, Пейеровы бляшки). 13. Ворсинки. 14. Складки. Г - строение стенки тонкой кишки: 15. Ворсинки. 16. Круговая складка. Д - ворсинки и крипты слизистой оболочки тонкой кишки: 17. Слизистая оболочка. 18. Собственная пластинка слизистой оболочки с гладкими мышечными клетками. 19. Подслизистая основа. 20. Наружный продольный и внутренний круговой слои мышечной оболочки. 21. Серозная оболочка. 22. Ворсинки. 23. Центральный млечный синус. 24. Одиночный лимфоидный узелок. 25. Кишечная железа (Либеркюнова железа). 26. Лимфатический сосуд. 27. Подслизистое нервное сплетение. 28. Внутренний круговой слой мышечной оболочки. 29. Мышечное нервное сплетение. 30. Наружный продольный слой мышечной оболочки. 31. Артерия (красного цвета) и вена (синего цвета) подслизистого слоя

Функциональная морфология слизистой оболочки тонкого кишечника

Три отдела тонкой кишки имеют следующие различия: у двенадцатиперстной кишки имеются большие сосочки - дуоденальные железы, различна высота ворсинок, которая нарастает от двенадцатиперстной кишки к подвздошной, различна их ширина (более широкие - в двенадцатиперстной кишке), и количество (наибольшее количество в двенадцатиперстной кишке). Эти отличия показаны на рис. 10-7 Б. Далее, в подвздошной кишке находятся групповые лимфоидные фолликулы (пейеровы бляшки). Но они иногда могут обнаруживаться и в двенадцатиперстной кишке.

Ворсинки - пальцевидные выпячивания слизистой оболочки в просвет кишечника. Они содержат кровеносные и лимфатические капилляры. Ворсинки способны активно сокращаться за счет компонентов мышечной пластинки. Это способствует всасыванию химуса (насосная функция ворсинки).

Складки Керкринга (рис. 10-7 Г) образуются за счет выпячивания слизистой и подслизистой оболочек в просвет кишки.

Крипты - это углубления эпителия в собственную пластинку слизистой. Их часто расценивают как железы (железы Либеркюна) (рис. 10-7 В).

Тонкий кишечник является главным местом переваривания и реабсорбции. Большинство встречающихся в просвете кишечника ферментов синтезируется в поджелудочной железе. Сам тонкий кишечник выделяет около 3 л богатой муцинами жидкости.

Для слизистой кишечника характерно наличие кишечных ворсинок (Villi intestinalis), которые увеличивают поверхность слизистой оболочки в 7-14 раз. Эпителий ворсинок переходит в секреторные крипты Либеркюна. Крипты лежат у основания ворсинок и открываются в направлении просвета кишечника. Наконец, каждая эпителиальная клетка на апикальной мембране несет щеточную каемку (микроворсинки), кото-

рая увеличивает поверхность слизистой оболочки кишечника в 15-40 раз.

Митотическое деление происходит в глубине крипт; дочерние клетки мигрируют к вершине ворсинки. Все клетки, за исключением клеток Панета (обеспечивающих антибактериальную защиту), принимают участие в этой миграции. Весь эпителий полностью обновляется в течении 5-6 дней.

Эпителий тонкого кишечника покрыт слоем гелеобразной слизи, которая образуется бокаловидными клетками крипт и ворсинок. Когда открывается сфинктер привратника, выход химуса в двенадцатиперстную кишку запускает повышенную секрецию слизи железами Бруннера. Переход химуса в двенадцатиперстную кишку вызывает выделение в кровь гормонов секретина и холецистокинина. Секретин запускает в эпителии протока поджелудочной железы секрецию щелочного сока, что необходимо также для защиты слизистой оболочки двенадцатиперстной кишки от агрессивного сока желудка.

Около 95% эпителия ворсинок заняты столбообразными главными клетками. Хотя их главной задачей является реабсорбция, они представляют собой важнейшие источники пищеварительных ферментов, которые локализованы либо в цитоплазме (амино- и дипептидазы) или в мембране щеточной каемки: лактаза, сахараза-изомальтаза, амино- и эндопептидазы. Эти ферменты щеточной каемки являются интегральными белками мембраны, причем часть их полипептидной цепочки вместе с каталитическим центром направлена в просвет кишечника, поэтому ферменты могут подвергать гидролизу вещества в полости пищеварительной трубки. Их секреция в просвет в данном случае оказывается не нужной (пристеночное пищеварение). Цитозольные ферменты эпителиальных клеток принимают участие в процессах переваривания, когда они расщепляют реабсорбированные клеткой белки (внутриклеточное пищеварение), или когда содержащие их клетки эпителия гибнут, отторгаются в просвет и там разрушаются, выделяя ферменты (полостное пищеварение).

Рис. 10-7. Гистология различных отделов тонкой кишки - двенадцатиперстной, тощей и подвздошной кишок.

А - ворсинки и крипты слизистой оболочки тонкой кишки: 1. Слизистая оболочка. 2. Собственная пластинка слизистой оболочки с гладкими мышечными клетками. 3. Подслизистая основа. 4. Наружный продольный и внутренний круговой слои мышечной оболочки. 5. Серозная оболочка. 6. Ворсинки. 7. Центральный млечный синус. 8. Одиночный лимфоидный узелок. 9. Кишечная железа (Либеркюнова железа). 10. Лимфатический сосуд. 11. Подслизистое нервное сплетение. 12. Внутренний круговой слой мышечной оболочки. 13. Мышечное нервное сплетение. 14. Наружный продольный слой мышечной оболочки.

15. Артерия (красного цвета) и вена (синего цвета) подслизистого слоя. Б, В - строение ворсинки:

16. Бокаловидная клетка (одноклеточная железа). 17. Клетки призматического эпителия. 18. Нервное волокно. 19. Центральный млечный синус. 20. Микрогемациркуляторное русло ворсинки, сеть кровеносных капилляров. 21. Собственная пластинка слизистой оболочки. 22. Лимфатический сосуд. 23. Венула. 24. Артериола

Тонкая кишка

Слизистая (или мукозная оболочка) состоит из трех слоев - эпителиального, собственной пластинки и мышечной пластинки слизистой оболочки (рис. 10-8). Эпителиальный слой представлен однослойным цилиндрическим каемчатым эпителием. Эпителий содержит пять основных популяций клеток: столбчатые эпителиоциты, бокаловидные экзокриноциты, клетки Панета, или экзокриноциты с ацидофильными гранулами, эндокриноциты или К-клетки (клетки Кульчицкого), а также M-клетки (с микроскладками), являющиеся модификацией столбчатых эпителиоцитов.

Эпителием покрыты ворсинки и соседствующие с ними крипты. Он большей частью состоит из реабсорбирующих клеток, которые на люминальной мембране несут щеточную каемку. Между ними разбросаны бокаловидные клетки, образующие слизь, а также клетки Панета и различные эндокринные клетки. Клетки эпителия образуются в результате деления эпителия крипт,

откуда они мигрируют 1-2 дня в направлении кончика ворсинки и там отторгаются.

В ворсинках и криптах он представлен разными видами клеток. Эпителий ворсинок составлен четырьмя типами клеток - главными клетками, бокаловидными клетками, эндокринными клетками и клетками Панета. Эпителий крипт - пять видов.

Основной вид клеток эпителия ворсинок - каемчатые энтероциты. У каемчатых энтероцитов

эпителия ворсинок мембрана формирует микроворсинки, покрытые гликокаликсом, а он адсорбирует ферменты, участвующие в пристеночном пищеварении. За счет микроворсинок поверхность всасывания увеличивается в 40 раз.

М-клетки (клетки с микроскладками) являются разновидностью энтероцитов.

Бокаловидные энтероциты эпителия ворсинок - одноклеточные слизистые железы. Они вырабатывают углеводно-протеидные комплексы - муцины, выполняющие защитную функцию и способствующие продвижению компонентов пищи в кишечнике.

Рис. 10-8. Морфогистологическое строение ворсинки и крипты тонкого кишечника

Толстая кишка

Толстая кишка состоит из слизистой, подслизистой, мышечной и серозной оболочек.

Слизистая оболочка формирует рельеф толстой кишки - складки и крипты. Ворсинки в толстой кишке отсутствуют. Эпителий слизистой оболочки однослойный цилиндрический каемчатый, и содержит те же клетки, что и эпителий крипт тонкой кишки - каемчатые, бокаловидные эндокринные, бескаемчатые, клетки Панета (рис. 10-9).

Подслизистая оболочка образована рыхлой волокнистой соединительной тканью.

Мышечная оболочка имеет два слоя. Внутренний циркулярный слой и наружный продольный слой. Продольный слой не сплошной, а образует

три продольные ленты. Они короче кишки и поэтому кишка собрана в «гармошку».

Серозная оболочка состоит из рыхлой волокнистой соединительной ткани и мезотелия и имеет выпячивания, содержащие жировую ткань.

Основные отличия стенки толстой кишки (рис. 10-9) от тонкой (рис. 10-8) - это: 1) отсутствие в рельефе слизистой оболочки ворсинок. Причем крипты имеют большую, чем в тонкой кишке, глубину; 2) наличие в эпителии большого числа бокаловидных клеток и лимфоцитов; 3) наличие большого числа одиночных лимфоидных узелков и отсутствие пейеровых бляшек в собственной пластинке; 4) продольный слой не сплошной, а формирует три ленты; 5) наличие выпячиваний; 6) наличие жировых привесок в серозной оболочке.

Рис. 10-9. Морфогистологическое строение толстого кишечника

Электрическая активность мышечных клеток желудка и кишечника

Гладкая мускулатура кишечника состоит из маленьких, веретенообразных клеток, формирующих пучки и образующих поперечные связи с соседними пучками. Внутри одного пучка клетки соединены друг с другом как механически, так и электрически. Благодаря таким электрическим контактам потенциалы действия распространяются (через межклеточные щелевые контакты: gap junctions) на весь пучок (а не лишь на отдельные мышечные клетки).

Для мышечных клеток антрального отдела желудка и кишечника обычно характерны ритмические колебания мембранного потенциала (медленные волны) амплитудой 10-20 мВ и частотой 3-15/мин (рис. 10-10). В момент возникновения медленных волн мышечные пучки частично сокращены, поэтому стенка этих отделов желудочно-кишечного тракта находится в тонусе; это происходит при отсутствии потенциалов действия. Когда мембранный потенциал достигает порогового значения и превышает его, происходит генерация потенциалов действия, следующих с небольшим интервалом друг за другом (последовательность спайков). Генерация потенциалов действия обусловлена Са 2+ -током (Са 2+ -каналов L-типа). Возрастание концентрации Са 2+ в цитозоле запускает фазические сокращения, которые особенно выражены в дистальном отделе желудка. Если величина мембранного потенциала покоя приближается к величине порогового потенциала (однако не достигает его; мембранный потенциал покоя сдвигается в сторону деполяризации), то потенциал медленных колебаний начинает

регулярно превышать пороговое значение потенциала. В этом случае наблюдается периодичность в возникновении последовательностей спайков. Гладкая мускулатура сокращается каждый раз, когда генерируется последовательность спайков. Частота ритмических сокращений соответствует частоте медленных колебаний мембранного потенциала. Если же мембранный потенциал покоя клеток гладкой мускулатуры еще больше приближается к пороговому потенциалу, то возрастает длительность последовательностей спайков. Развивается спазм гладкой мускулатуры. Если же мембранный потенциал покоя сдвигается в сторону более отрицательных значений (в сторону гиперполяризации), то спайковая активность прекращается, а с ней прекращаются и ритмические сокращения. Если же мембрана гиперполяризуется еще больше, то снижается амплитуда медленных волн и мышечный тонус, что в конце концов ведет к параличу гладких мышц (атонии). За счет каких ионных токов возникают колебания мембранного потенциала пока не ясно; очевидно одно, что нервная система не оказывает влияния на колебания мембранного потенциала. Клетки каждого пучка мускулатуры обладают одной, лишь им свойственной частотой медленных волн. Поскольку соседние пучки соединены друг с другом посредством электрических межклеточных контактов, то пучок с более высокой частотой волн (водитель ритма) будет навязывать эту частоту соседнему пучку с более низкой частотой. Тоническое сокращение гладкой мускулатуры например, проксимального отдела желудка, обусловлено открыванием Са 2+ -каналов другого типа, которые являются хемозависимыми, а не потенциалзависимыми.

Рис. 10-10. Мембранный потенциал клеток гладкой мускулатуры желудочно-кишечного тракта.

1. До тех пор, пока волнообразно колеблющийся мембранный потенциал клеток гладкой мускулатуры (частота колебаний: 10 мин -1) остается ниже величины порогового потенциала (40 мВ), потенциалы действия (спайки) отсутствуют. 2. При вызванной (например, растяжением или ацетилхолином) деполяризации последовательность спайков генерируется каждый раз, когда пик волны мембранного потенциала превышает величину порогового потенциала. За такими последовательностями спайков следуют ритмические сокращения гладкой мускулатуры. 3. Спайки генерируются непрерывно, если минимальные значения колебаний мембранного потенциала лежат выше порогового значения. Развивается длительное сокращение. 4. Потенциалы действия не генерируются при сильных сдвигах мембранного потенциала в сторону деполяризации. 5. Гиперполяризация мембранного потенциала вызывает затухание медленных колебаний потенциала, и гладкая мускулатура полностью расслабляется: атония

Рефлексы гастроэнтеральной нервной системы

Часть рефлексов желудочно-кишечного тракта является собственными гастроэнтеральными (локальными) рефлексами, при которых сенсорный чувствительный афферентный нейрон активирует клетку нервного сплетения, иннервирующую расположенные рядом с ней клетки гладких мышц. Воздействие на гладкомышечные клетки может быть возбуждающим или тормозным в зависимости от того, какой тип нейрона сплетения оказывается активированным (рис. 10-11 2, 3). Осуществление других рефлексов вовлекает моторные нейроны, расположенные проксимальнее или дистальнее места стимуляции. При перистальтическом рефлексе (например, в результате растяжения стенки пищеварительной трубки) возбуждается сенсорный нейрон

(рис. 10-11 1), который через тормозной интернейрон оказывает тормозное действие на продольную мускулатуру отделов пищеварительной трубки, лежащих проксимальнее, и растормаживающее действие на кольцевую мускулатуру (рис. 10-11 4). Одновременно дистальнее через возбуждающий интернейрон активируется продольная мускулатура (происходит укорачивание пищевой трубки), а кольцевая мускулатура расслабляется (рис. 10-11 5). При перистальтическом рефлексе запускается сложная серия моторных событий, вызванная растяжением мышечной стенки пищеварительной трубки (например, пищевода; рис. 10-11).

Передвижение пищевого комка смещает место активации рефлекса дистальнее, что вновь перемещает пищевой комок, результатом чего является практически непрерывный транспорт в дистальном направлении.

Рис. 10-11. Рефлекторные дуги рефлексов гастроэнтеральной нервной системы.

Возбуждение афферентного нейрона (светло-зеленый) за счет химического или, как показано на картинке (1), механического стимула (растяжение стенки пищевой трубки за счет пищевого комка) активирует в простейшем случае только один возбуждающий (2) или только один тормозный моторный либо секреторный нейрон (3). Рефлексы гастроэнтеральной нервной системы протекают все же обычно по более сложным схемам переключения. При перистальтическом рефлексе, например, нейрон, который возбуждается при растяжении (светло-зеленый), возбуждает в восходящем направлении (4) тормозный интернейрон (фиолетовый), который в свою очередь затормаживает возбуждающий мотонейрон (темнозеленый), иннервирующий продольную мускулатуру, и снимает торможение с тормозного мотонейрона (красный) кольцевой мускулатуры (сокращение). Одновременно в нисходящем направлении (5) активируется возбуждающий интернейрон (синий), который через возбуждающие или, соответственно, тормозящие мотонейроны в лежащей дистальнее части кишечника вызывает сокращение продольной мускулатуры и расслабление кольцевой мускулатуры

Парасимпатическая иннервация желудочно-кишечного тракта

Иннервация желудочно-кишечного тракта осуществляется с помощью вегетативной нервной системы (парасимпатическая (рис. 10-12) и симпатическая иннервация - эфферентные нервы), а также висцеральных афферентов (афферентная иннервация). Парасимпатические преганглионарные волокна, иннервирующие большую часть пищеварительного тракта, приходят в составе блуждающих нервов (N. vagus) из продолговатого мозга и в составе тазовых нервов (Nn. pelvici) из крестцового отдела спинного мозга. Парасимпатическая система посылает волокна к возбуждающим (холинергическим) и тормозным (пептидергическим) клеткам межмышечного нервного сплетения. Преганглионарные симпатические волокна начинаются от клеток, лежащих в боковых рогах грудинно-поясничного отдела спинного мозга. Их аксоны иннервируют кровеносные сосуды кишечника или подходят к клеткам нервных сплетений, оказывая тормозное действие на их возбуждающие нейроны. Висцеральные афференты, начинающиеся в стенке желудочно-кишечного тракта проходят в составе блуждающих нервов (N. vagus), в составе внутренностных нервов (Nn. splanchnici) и тазовых нервов (Nn. pelvici) к продолговатому мозгу, симпатическим ганглиям и к спинному мозгу. При участии симпатической и парасимпатической нервных систем протекает множество рефлексов желудочно-кишечного тракта, включая рефлекс расширения при наполнении и парез кишечника.

Хотя рефлекторные акты, осуществляемые нервными сплетениями желудочно-кишечного, тракта могут протекать независимо от влияния центральной нервной системы (ЦНС), однако они находятся под контролем ЦНС, что обеспечивает определенные преимущества: (1) расположенные далеко друг от друга части пищеварительного тракта могут быстро обмениваться информацией через ЦНС и тем самым координировать собственные функции, (2) функции пищеварительного тракта могут быть подчинены более важным интересам организма, (3) информация из желудочнокишечного тракта может быть интегрирована на разных уровнях головного мозга; что, например в случае болей в животе, может даже вызывать осознанные ощущения.

Иннервация желудочно-кишечного тракта обеспечивается вегетативными нервами: парасимпатическими и симпатическими волокнами и, кроме того, афферентными волокнами, так называемые висцеральные афференты.

Парасимаптические нервы желудочно-кишечного тракта выходят из двух независимых отделов ЦНС (рис. 10-12). Нервы, обслуживающие пищевод, желудок, тонкий кишечник и восходящую ободочную кишку (а также поджелудочную железу, желчный пузырь и печень), берут свое начало от нейронов продолговатого мозга (Medulla oblongata), аксоны которых образуют блуждающий нерв (N. vagus), тогда как иннервация остальных отделов желудочно-кишечного тракта начинается от нейронов крестцового отдела спинного мозга, аксоны которых образуют тазовые нервы (Nn. pelvici).

Рис. 10-12. Парасимпатическая иннервация желудочно-кишечного тракта

Влияние парасимпатической нервной системы на нейроны мышечного сплетения

Во всем пищеварительном тракте парасимпатические волокна активируют клетки-мишени через никотиновые холинергические рецепторы: один вид волокон образует синапсы на холинергических возбуждающих, а другой тип - на пептидергических (NCNA) тормозных клетках нервных сплетений (рис. 10-13).

Аксоны преганглионарных волокон парасимпатической нервной системы переключаются в межмышечном нервном сплетении на возбуждающие холинергические или тормозные не-холинергические-не-адренергические (NCNA-ергические) нейроны. Постганглионарные адренергические нейроны симпатической системы действуют в большинстве случаев тормозяще на нейроны сплетения, которые стимулируют моторную и секреторную активность.

Рис. 10-13. Иннервация желудочно-кишечного тракта вегетативной нервной системой

Симпатическая иннервация желудочно-кишечного тракта

Преганглионарные холинергические нейроны симпатической нервной системы лежат в интермедиолатеральных столбах грудного и поясничного отделов спинного мозга (рис. 10-14). Аксоны нейронов симпатической нервной системы выходят из грудного отдела спинного мозга через передние

корешки и проходят в составе внутренностных нервов (Nn. splanchnici) к верхнему шейному ганглию и к превертебральным ганглиям. Там происходит переключение на постганглионарные норадренергические нейроны, аксоны которых образуют синапсы на холинергических возбуждающих клетках межмышечного сплетения и через α-рецепторы оказывают тормозящее воздействие на эти клетки (см. рис. 10-13).

Рис. 10-14. Симпатическая иннервация желудочно-кишечного тракта

Афферентная иннервация желудочно-кишечного тракта

В нервах, обеспечивающих иннервацию желудочно-кишечного тракта, в процентном отношении больше афферентных волокон чем эфферентных. Окончания сенсорных нервов являются неспециализированными рецепторами. Одна группа нервных окончаний локализуется в соединительной ткани слизистой оболочки рядом с ее мышечным слоем. Предполагается, что они выполняют функцию хеморецепторов, но пока не ясно, какие из реабсорбируемых в кишечнике веществ активируют эти рецепторы. Возможно, в их активации принимает участие пептидный гормон (паракринное действие). Другая группа нервных окончаний лежит внутри мышечного слоя и обладает свойствами механорецепторов. Они реагируют на механические изменения, которые связаны с сокращением и растяжением стенки пищеварительной трубки. Афферентные нервные волокна идут от желудочно-кишечного тракта либо в составе нервов симпатической или парасимпатической нервной системы. Некоторые афферентные волокна, идущие в составе симпатических

нервов, образуют в превертебральных ганглиях синапсы. Большая же часть афферентов проходит через пре- и паравертебральные ганглии без переключения (рис. 10-15). Нейроны афферентных волокон лежат в чувствительных

спинальных ганглиях задних корешков спинного мозга, и их волокна входят в спинной мозг через задние корешки. Афферентные волокна, которые проходят в составе блуждающего нерва, образуют афферентное звено рефлексов желудочно-кишечного тракта, протекающих при участии блуждающего парасимпатического нерва. Данные рефлексы особенно важных для координации моторной функции пищевода и проксимального отдела желудка. Чувствительные нейроны, аксоны которых идут в составе блуждающего нерва, локализованы в Ganglion nodosum. Они образуют связи с нейронами ядра одиночного пути (Tractus solitarius). Передаваемая ими информация достигает преганглионарных парасимпатических клеток, локализованных в дорзальном ядре блуждающего нерва (Nucleus dorsalis n. vagi). Афферентные волокна, которые в том числе проходят в составе тазовых нервов (Nn. pelvici), принимают участие в рефлексе дефекации.

Рис. 10-15. Короткие и длинные висцеральные афференты.

Длинные афферентные волокна (зеленые), тела клеток которых лежат в задних корешках спинального ганглия, проходят сквозь пре- и паравертебральные ганглии без переключения и попадают в спинной мозг, где они либо переключаются на нейроны восходящих или нисходящих путей, либо в том же сегменте спинного мозга переключаются на преганглионарные вегетативные нейроны, как в латеральном промежуточном сером веществе (Substantia intermediolateralis) грудного отдела спинного мозга. У коротких афферентов рефлекторная дуга замыкается за счет того, что переключение на эфферентные симпатические нейроны осуществляется уже в симпатических ганглиях

Основные механизмы трансэпителиальной секреции

Встроенные в люминальную и базолатеральную мембрану белки-переносчики, а также состав липидов этих мембран, определяют полярность эпителия. Пожалуй, важнейшим фактором, определяющим полярность эпителия, является наличие в базолатеральной мембране клеток секретирующего эпителия Na + /K + -ATФазы (Na + /К + -«насос»), чувствительной к оубаину. Na + /К + -АТФаза превращает химическую энергию АТФ в электрохимические градиенты Na + и К + , направленные в клетку или из клетки соответственно (первичный активный транспорт). Энергия этих градиентов может быть вторично использована для того, чтобы транспортировать другие молекулы и ионы активно через клеточную мембрану против их электрохимического градиента (вторичный активный транспорт). Для этого необходимы специализированные транспортные белки, так называемые переносчики, которые либо обеспечивают одновременный перенос Na + в клетку вместе с другими молекулами или ионами (котранспорт), либо осуществляют обмен Na + на

другие молекулы или ионы (антипорт). Секреция ионов в просвет пищеварительной трубки порождает осмотические градиенты, поэтому вода следует за ионами.

Активная секреция калия

В клетках эпителия К + активно накапливается с помощью расположенного в базолатеральной мембране Na + -К + -насоса, а Na + выкачивается из клетки (рис. 10-16). В эпителии, в котором не происходит секреции К + , К + -каналы находятся там же, где расположен насос (вторичное использование К + на базолатеральной мембране, см. рис. 10-17 и рис. 10-19). Простой механизм секреции К+ может быть обеспечен встраиванием многочисленных К + -каналов в люминальную мембрану (вместо базолатеральной), т.е. в мембрану эпителиальной клетки со стороны просвета пищеварительной трубки. В таком случае накопленный в клетке К + выходит в просвет пищеварительной трубки (пассивно; рис. 10-16), а анионы следуют за К+, в результате чего возникает осмотический градиент, поэтому вода выделяется в просвет пищеварительной трубки.

Рис. 10-16. Трансэпителиальная секреция KCl.

Na + /К + -АТФаза, локализованная в базолатеральной клеточной мембране, при использовании 1 моль АТФ «выкачивает» из клетки 3 моля ионов Na + и «закачивает» в клетку 2 моля К + . В то время как Na + входит в клетку через Na + -каналы, расположенные в базолатеральной мембране, К + -ионы покидают клетку через К + -каналы, локализованные в люминальной мембране. В результате перемещения К + через эпителий устанавливается положительный в просвете пищеварительной трубки трансэпителиальный потенциал, в результате чего ионы Cl - межклеточно (через плотные контакты между эпителиальными клетками) тоже устремляются в просвет пищеварительной трубки. Как показывают стехиометрические значения на рисунке, на 1 моль АТФ выделяется 2 моля К +

Трансэпителиальная секреция NaHCO 3

Большинство секретирующих эпителиальных клеток сначала секретируют анион (например, HCO 3 -). Движущей силой этого транспорта является электрохимический градиент Na+, направленный из экстраклеточного пространства в клетку, который устанавливается благодаря механизму первичного активного транспорта осуществляемого Na + -К + -насосом. Потенциальная энергия градиента Na + используется белками-переносчиками, причем Na + переносится через клеточную мембрану в клетку вместе с другим ионом или молекулой (котранспорт) или обмениваться на другой ион или молекулу (антипорт).

Для секреции HCO 3 - (например, в протоках поджелудочной железы, в железах Бруннера или в желчных протоках) необходим Na + /Н + -обменник в базолатеральной клеточной мембране (рис. 10-17). Ионы Н + с помощью вторичного активного транспорта выводятся из клетки, в результате в ней остаются ионы ОН - , которые взаимодействуют с СО 2 с образованием НСО 3 - . В роли катализатора в этом процессе выступает карбоангидраза. Образовавшийся НСО 3 - выходит из клетки в направлении просвета желудочнокишечного тракта либо через канал (рис. 10-17), либо с помощью белка-переносчика, осуществляющего обмен С1 - / НСО 3 - . По всей вероятности, в протоке поджелудочной железы активны оба механизма.

Рис. 10-17. Трансэпителиальная секреция NaHCO 3 становится возможной тогда, когда H + -ионы активно выводятся из клетки через базолатеральную мембрану. За это отвечает белок-переносчик, который по механизму вторичного активного транспорта обеспечивает перенос ионов H+. Движущая сила этого процесса - химический градиент Na + , поддерживаемый Na + /K + -ATФазой. (В отличие от рис. 10-16, через базолатеральную мембрану из клетки через K + -каналы выходят ионы K + , поступающие в клетку в результате работы Na + /K + -ATФазы). На каждый ион H + , покидающий клетку, остается один ион OH - , который связывается с CO 2 , образуя HCO 3 - . Эта реакция катализируется карбоангидразой. HCO 3 - диффундирует через анионные каналы в просвет протока, что приводит к возникновению трансэпителиального потенциала, при котором содержимое просвета протока заряжено отрицательно по отношению к интерстициуму. Под действием такого трансэпителиального потенциала ионы Na + через плотные контакты между клетками устремляются в просвет протока. Количественный баланс показывает, что на секрецию 3 моль NaHCO 3 затрачивается 1 моль ATФ

Трансэпителиальная секреция NaCl

Большинство секретирующих эпителиальных клеток сначала секретируют анион (например, Cl -). Движущей силой этого транспорта является электрохимический градиент Na + , направленный из экстраклеточного пространства в клетку, который устанавливается благодаря механизму первичного активного транспорта осуществляемого Na + -К + -насосом. Потенциальная энергия градиента Na + используется белками-переносчиками, причем Na + переносится через клеточную мембрану в клетку вместе с другим ионом или молекулой (котранспорт) или обменивается на другой ион или молекулу (антипорт).

Похожий механизм отвечает за первичную секрецию Cl - , которая обеспечивает движущими силами процесс секреции жидкости в концевых

отделах слюнных желез рта, в ацинусах поджелудочной железы, а также в слезных железах. Вместо обменника Na + /H + в базолатеральной мембране эпителиальных клеток этих органов локализован переносчик, обеспечивающий сопряженный перенос Na + -К + -2Сl - (котранспорт; рис. 10-18). Этот переносчик использует градиент Na + для (вторичного активного) накопления Cl - в клетке. Из клетки Cl - может пассивно выходить через ионные каналы люминальной мембраны в просвет протока железы. При этом возникает отрицательный в просвете протока трансэпителиальный потенциал, и Na + устремляется в просвет протока: в данном случае через плотные контакты между клетками (межклеточный транспорт). Высокая концентрация NaCl в просвете протока стимулирует ток воды по осмотическому градиенту.

Рис. 10-18. Вариант трансэпителиальной секреции NaCl, который требует активного накопления Cl - в клетке. В желудочно-кишечном тракте за это отвечают по крайней мере два механизма (см. также рис. 10-19), для одного из которых необходим локализованный в базолатеральной мембране переносчик, обеспечивающий одновременный перенос Na + -2Cl - -K + через мембрану (котранспорт). Он работает под действием химического градиента Na+, который, в свою очередь, поддерживается Na + /K + -ATФазой. Ионы K + попадают в клетку как с помощью механизма котранспорта, так и посредством Na +/ K + -ATФазы и выходят из клетки через базолатеральную мембрану, а Cl - покидает клетку через каналы, локализованные в люминальной мембране. Вероятность их открывания повышается благодаря цAMФ (тонкий кишечник) или цитозольному Ca 2+ (концевые отделы желез, ацинусы). Возникает трансэпителиальный потенциал отрицательный в просвете протока, обеспечивающий межклеточную секрецию Na + . Количественный баланс показывает, что на 1 моль ATФ выделяется 6 моль NaCl

Трансэпителиальная секреция NaCl (вариант 2)

Этот, иной механизм секреции наблюдается в клетках ацинуса поджелудочной железы, которые

обладают двумя переносчиками, локализованными в базолатеральной мембране и обеспечивающими ионные обмены Na + /Н + и С1 - /НСО 3 - (антипорт; рис. 10-19).

Рис. 10-19. Вариант трансэпителиальной секреции NaCl (см. такжe рис. 10-18) который начинается с того, что с помощью базолатерального Na + /Н + -обменника (как на рис. 10-17) ионы HCO 3 - накапливаются в клетке. Однако позднее этот HCO 3 - (в отличие от рис. 10-17) покидает клетку с помощью переносчика Cl - -HCO 3 - (антипорт), расположенного на базолатеральной мембране. Как следствие Cl - в результате («третичного») активного транспорта попадает в клетку. Через Cl - -каналы, расположенные в люминальной мембране, Cl - выходит из клетки в просвет протока. В результате в просвете протока устанавливается трансэпителиальный потенциал, при котором содержимое просвета протока несет отрицательный заряд. Na + под влиянием трансэпителиального потенциала устремляется в просвет протока. Энергетический баланс: здесь на 1 моль использованной ATФ выделяется 3 моль NaCl, т.е. в 2 раза меньше, чем в случае механизма, описанного на рис. 10-18 (DPC = дифениламинкарбоксилат; SITS = 4-ацетамино-4"-изотиоциан-2,2"-дисульфонстилбен)

Синтез секретируемых белков в желудочно-кишечном тракте

Определенные клетки синтезируют белки не только для собственных нужд, но и для секреции. Матричная РНК (mRNA) для синтеза экспортных белков несет не только информацию об аминокислотной последовательности белка, но и о включенной вначале сигнальной последовательности аминокислот. Сигнальная последовательность обеспечивает попадание синтезируемого на рибосоме белка в полости шероховатого эндоплазматического ретикулума (RER). После отщепления сигнальной последовательности аминокислот, белок попадает в комплекс Гольджи и, наконец - в конденсирующие вакуоли и зрелые запасающие гранулы. При необходимости он выбрасывается из клетки в результате экзоцитоза.

Первый этап любого синтеза белка - поступление аминокислот в базолатеральную часть клетки. С помощью аминоацил-tRNA-синтетазы аминокислоты прикрепляются к соответствующей транспортной РНК (tRNA), которая доставляет их к месту синтеза белка. Синтез белка осущест-

вляется на рибосомах, которые «считывают» с матричной РНК информацию о последовательности аминокислот в белке (трансляция). mRNA для белка, предназначенного на экспорт (или для встраивания в клеточную мембрану), несет не только информацию о последовательности аминокислот пептидной цепочки, но и подключенную вначале mRNA информацию о сигнальной последовательности аминокислот (сигнальный пептид). Длина сигнального пептида составляет около 20 аминокислотных остатков. После того как сигнальный пептид будет готов, он тотчас же связывается с цитозольной молекулой, распознающей сигнальные последовательности - SRP (signal recognition particle). SRP блокирует синтез белка до тех пор, пока весь рибосомальный комплекс не закрепится на SRP-рецепторе (причальный белок) шероховатого цитоплазматического ретикулума (RER). После этого синтез начинается снова, при этом белок выделяется не в цитозоль и через пору попадает в полости RER (рис. 10-20). После окончания трансляции сигнальный пептид отщепляется пептидазой, расположенной в мембране RER, и новая белковая цепочка готова.

Рис. 10-20. Синтез белка, предназначенного на экспорт, в выделяющей белки клетке.

1. Рибосома связывается с цепочкой mRNA, и конец синтезируемой пептидной цепочки начинает выходить из рибосомы. Сигнальная последовательность аминокислот (сигнальный пептид) белка, предназначенного на экспорт, связывается с молекулой, распознающей сигнальные последовательности (SRP, signal recognition particle). SRP блокирует в рибосоме позицию (участок А), к которой во время синтеза белка подходит tRNA с прикрепленной аминокислотой. 2. В результате трансляция приостанавливается, и (3) SRP вместе с рибосомой связывается с SRP-рецептором, расположенным на мембране шероховатого эндоплазматического ретикулума (RER), так что конец пептидной цепочки оказывается в (гипотетической) поре мембраны RER. 4. SRP отщепляется 5. Трансляция может продолжаться, и пептидная цепочка растет в полости RER: транслокация

Секреция белков в желудочнокишечном тракте

концентрируется. Такие вакуоли превращаются в зрелые секреторные гранулы, которые собираются в люминальной (апикальной) части клетки (рис. 10-21 А). Из этих гранул белок высвобождается в экстраклеточное пространство (например, в просвет ацинуса) за счет того, что мембрана гранулы сливается с клеточной мембраной и при этом разрывается: экзоцитоз (рис. 10-21 Б). Экзоцитоз является постоянно текущим процессом, однако влияние нервной системы или гуморальная стимуляция могут значительно его ускорить.

Рис. 10-21. Секреция белка, предназначенного на экспорт, в выделяющей белки клетке.

А - типичная экзокринная секретирующая белок клетка содержит в базальной части клетки плотно упакованные слои шероховатого эндоплазматического ретикулума (RER), на рибосомах которого синтезируются экспортируемые белки (см. рис. 10-20). На гладких концах RER отделяются везикулы, содержащие белки, которые попадают к cis -области аппарата Гольджи (посттрансляционная модификация), от trans-областей которого отделяются конденсирующие вакуоли. Наконец, с апикальной стороны клетки лежат многочисленные зрелые секреторные гранулы, которые готовы к экзоцитозу (панель Б). Б - на рисунке продемонстрирован экзоцитоз. Три нижних, окруженных мембраной везикулы (секреторная гранула; панель А) пока еще лежат свободно в цитозоле, тогда как везикула слева вверху прилегает к внутренней стороне плазматической мембраны. Мембрана везикулы справа вверху уже слилась с плазматической мембраной, и содержимое везикулы изливается в просвет протока

Синтезированный в полости RER белок упаковывается в небольшие везикулы, которые отделяются от RER. Везикулы, содержащие белок, подходят к комплексу Гольджи и сливаются с его мембраной. В комплексе Гольджи пептид модифицируется (посттрансляционная модификация), например гликолизируется и покидает затем комплекс Гольджи внутри конденсирующих вакуолей. В них белок снова модифицируется и

Регуляция процесса секреции в желудочно-кишечном тракте

Экзокринные железы пищеварительного тракта, лежащие вне стенок пищевода, желудка и кишечника, иннервируются эфферентами как симпатической, так и парасимпатической нервной системы. Железы в стенке пищеварительной трубки иннервируются нервами подслизистого сплетения. Эпителий слизистой оболочки и встроенные в него железы содержат эндокринные клетки, которые высвобождают гастрин, холецистокинин, секретин, GIP (glucose-dependent insuli-releasing peptide) и гистамин. После выброса в кровь эти вещества регулируют и координируют моторику, секрецию и переваривание в желудочно-кишечном тракте.

Многие, возможно даже все, секреторные клетки в состоянии покоя секретируют в небольших количествах жидкости, соли и белки. В отличие от реабсорбирующего эпителия, в котором транспорт веществ зависит от градиента Na + , обеспечиваемого активностью Na + /К + -АТФазой базолатеральной мембраны, уровень секреции может быть значительно увеличен в случае необходимости. Стимуляция секреции может осуществляться как нервной системой, так и гуморально.

Во всем желудочно-кишечном тракте между эпителиальными клетками разбросаны клетки, синтезирующие гормоны. Они высвобождают целый ряд сигнальных веществ: некоторые из которых по кровеносному руслу транспортируются к своим клеткам-мишеням (эндокринное действие), другие же - парагормоны - действуют на соседние с ними клетки (паракринное действие). Гормоны влияют не только на клетки, принимающие участие в процессе секреции различных веществ, но и на гладкую мускулатуру желудочно-кишечного тракта (стимулируют ее активность или тормозят). Кроме того, гормоны могут оказывать на клетки желудочно-кишечного тракта трофическое или антитрофическое действие.

Эндокринные клетки желудочно-кишечного тракта имеют форму бутылки, при этом узкая часть снабжена микроворсинками и направлена в сторону просвета кишечника (рис. 10-22 А). В отличие от эпителиальных клеток, обеспечивающих транспорт веществ, у базолатеральной мембраны эндокринных клеток можно обнаружить гранулы с белками, которые принимают участие в процессах транспорта в клетку и декарбоксилирования веществ-предшественников аминов. Эндокринные клетки синтезируют в том числе биологически активный 5-гидрокситримптамин. Такие

эндокринные клетки называются APUD (amine precursor uptake and decarboxylation) клетками, поскольку все они содержат переносчики, необходимые для захвата триптофана (и гистидина), и ферменты, обеспечивающие декарбоксилирование триптофана (и гистидина) до триптамина (и гистамина). В общей сложности имеется по крайней мере 20 сигнальных веществ, образующихся в эндокринных клетках желудка и тонкого кишечника.

Гастрин, взятый в качестве примера, синтезируется и высвобождается С (astrin )-клетками. Две трети G-клеток находится в эпителии, выстилающем антральный отдел желудка, и одна треть - в мукозном слое двенадцатиперстной кишки. Гастрин существует в двух активных формах G34 и G17 (цифры в названии означают количество аминокислотных остатков, составляющих молекулу). Обе формы отличаются друг от друга местом синтеза в пищеварительном тракте и биологическим временем полураспада. Биологическая активность обеих форм гастрина обусловлена C-концом пептида, -Try-Met-Asp-Phe(NH2). Эта последовательность аминокислотных остатков содержится также в синтетическом пентагастрине, BOC-β-Ala-TryMet-Asp-Phe(NH 2), который вводится в организм для диагностики секреторной функции желудка.

Стимулом для высвобождения гастрина в кровь является прежде всего присутствие продуктов расщепления белков в желудке или в просвете двенадцатиперстной кишки. Эфферентные волокна блуждающего нерва также стимулируют высвобождение гастрина. Волокна парасимпатической нервной системы активируют G-клетки не напрямую, а через промежуточные нейроны, которые высвобождают GPR (Gastrin-Releasing Peptide). Высвобождение гастрина в антральном отделе желудка затормаживается, когда значение pH желудочного сока снижается до уровня меньше 3; таким образом возникает отрицательная петля обратной связи, с помощью которой прекращается слишком сильная или слишком длительная секреция желудочного сока. С одной стороны, низкий уровень pH прямо тормозит G-клетки антрального отдела желудка, а с другой стороны, стимулирует расположенные по соседству D-клетки, которые высвобождают соматостатин (SIH). Впоследствии соматостатин оказывает тормозное действие на G-клетки (паракринное действие). Еще одна возможность для торможения секреции гастрина заключается в том, что волокна блуждающего нерва могут стимулировать секрецию соматостатина из D-клеток посредством CGRP (calcitonin gene-related peptide)- эргических интернейронов (рис. 10-22 Б).

Рис. 10-22. Регуляция секреции.

А - эндокринная клетка желудочно-кишечного тракта. Б - регуляция секреции гастрина в антральном отделе желудка

Реабсорбция натрия в тонком кишечнике

Главными отделами, где происходят процессы реабсорбции (или в русской терминологии всасывания) в желудочно-кишечном тракте, являются тощая кишка, подвздошная кишка и верхний отдел толстой кишки. Специфика тощей кишки и подвздошной кишки заключается в том, что поверхность их люминальной мембраны увеличена более чем в 100 раз за счет кишечных ворсинок и высокой щеточной каемки

Механизмы, с помощью которых реабсорбируются соли, вода и питательные вещества, похожи на почечные. Транспорт веществ через клетки эпителия желудочно-кишечного тракта зависит от активности Na + /К + -АТФазы или Н + /К + -АТФазы. Различное встраивание переносчиков и ионных каналов в люминальную и/или базолатеральную клеточную мембрану определяет, какое вещество будет реабсорбироваться из просвета пищеварительной трубки или секретироваться в нее.

Для тонкого и толстого кишечника известно несколько механизмов всасывания.

Для тонкой кишки преимущественны механизмы всасывания, представленные на рис. 10-23 А и

рис. 10-23 В.

Механизм 1 (рис. 10-23 А) локализован прежде всего в тощей кишке. Na + -ионы пересекают здесь щеточную каемку с помощью различных белков-переносчиков, которые используют энергию (электрохимического) градиента Na+, направленного в клетку, для реабсорбции глюкозы, галактозы, аминокислот, фосфата, витаминов и других веществ, поэтому эти вещества попадают в клетку в результате (вторичного) активного транспорта (котранспорт).

Механизм 2 (рис. 10-23 Б) присущ тощей кишке и желчному пузырю. Он основан на одновременной локализации двух переносчиков в люминальной мембране, обеспечивающих обмены ионов Na + /H + и Cl - /HCO 3 - (антипорт), что позволяет реабсорбировать NaCl.

Рис. 10-23. Реабсорбция (всасывание) Na + в тонком кишечнике.

А - сопряженная реабсорбция Na + , Cl - и глюкозы в тонком кишечнике (прежде всего в тощей кишке). Направленный в клетку электрохимический градиент Na+, который поддерживается Na + / K + -АТФазой, служит движущей силой для люминального переносчика (SGLT1), с помощью которого по механизму вторичного активного транспорта Na + и глюкоза поступают в клетку (котранспорт). Поскольку Na + имеет заряд, а глюкоза нейтральна, то люминальная мембрана деполяризуется (электрогенный транспорт). Содержимое пищеварительной трубки приобретает отрицательный заряд, который способствует реабсорбции Cl - через плотные межклеточные контакты. Глюкоза покидает клетку через базолатеральную мембрану по механизму облегченной диффузии (переносчик глюкозы GLUT2). В результате на один затраченный моль АТФ реабсорбируется 3 моля NaCl и 3 моля глюкозы. Механизмы реабсорбции нейтральных аминокислот и целого ряда органических веществ похожи на описанный для глюкозы. Б - реабсорбция NaCl за счет параллельной активности двух переносчиков люминальной мембраны (тощая кишка, желчный пузырь). Если в мебрану клетки рядом встроены переносчик, осуществляющий обмен Na + /Н + (антипорт), и переносчик, обеспечивающий обмен Cl - /HCO 3 - (антипорт), то в результате их работы ионы Na + и Cl - будут накапливаться в клетке. В отличие от секреции NaCl, когда оба переносчика расположены на базолатеральной мембране, в данном случае оба переносчика локализованы в люминальной мембране (реабсорбция NaCl). Химический градиент Na + является движущей силой секреции Н + . Ионы Н + выходят в просвет пищеварительной трубки, а в клетке остаются ионы ОН - , которые реагируют с CO 2 (катализатором реакции является карбоангидраза). В клетке накапливаются анионы HCO 3 - , химический градиент которых обеспечивает движущей силой переносчик, транспортирующий Cl - в клетку. Cl - покидает клетку через базолатеральные Cl - -каналы. (в просвет пищеварительной трубки Н + и HCO 3 - реагируют друг с другом с образованием Н 2 О и CO 2). В данном случае реабсорбируется 3 моль NaCl на 1 моль АТФ

Реабсорбция натрия в толстом кишечнике

Механизмы, с помощью которых происходит всасывание в толстом кишечнике, несколько отличается от механизмов, имеющих место в тонком кишечнике. Здесь также можно рассмотреть два механизма, преобладающих в этом отделе, что проиллюстировано на рис. 10-23 как механизм 1 (рис. 10-24 А) и механизм 2 (рис. 10-24 Б).

Механизм 1 (рис. 10-24 А) преобладает в проксимальном отделе толстого кишечника. Суть его заключается в том, что Na+ попадает в клетку через люминальные Na + -каналы.

Механизм 2 (рис. 10-24 Б) представлен в толстом кишечнике благодаря К + /Н + -АТФазе, расположенной на люминальной мембране, первичноактивно реабсорбируются ионы К + .

Рис. 10-24. Реабсорбция (всасывание) Na + в толстом кишечнике.

А - реабсорбция Na+ через люминальные Na + -каналы (прежде всего в проксимальном отделе толстого кишечника). По направленному в клетку градиенту ионы Na + могут реабсорбироваться, участвуя в механизмах вторичного активного транспорта с помощью переносчиков (котранспорт или антипорт), и входить в клетку пассивно через Na + -каналы (ENaC = Epithelial Na + Channel), локализованными в люминальной клеточной мембране. Так же, как и на рис. 10-23 А, этот механизм поступления Na + в клетку является электрогенным, поэтому и в данном случае содержимое просвета пищевой трубки заряжается отрицательно, что способствует реабсорбции Cl - через межклеточные плотные контакты. Энергетический баланс составляет, как и на рис. 10-23 А, 3 моля NaCl на 1 моль АТФ. Б - работа Н + /К + -АТФазы способствует секреции ионов Н + и реабсорбции ионов K + по механизму первичного активного транспорта (желудок, толстый кишечник). За счет этого «насоса» мембраны обкладочных клеток желудка, требующего энергии АТФ, Н + -ионы накапливаются в просвете пищеварительной трубки в очень высоких концентрациях (этот процесс тормозится омепразолом). Н + /К + -АТФазы в толстом кишечнике способствует реабсорбции KHCO 3 (затормаживается оубаином). На каждый секретируемый ион Н+ в клетке остается ион OH - , который реагирует с CO 2 (катализатором реакции является карбоангидраза) с образованием HCO 3 - . HCO 3 - выходит из обкладочной клетки через базолатеральную мембрану с помощью переносчика, обеспечивающего обмен Cl - /HCO 3 - (антипорт; здесь не показан), выход HCO 3 - из клетки эпителия толстого кишечника осуществляется через HCO^-канал. На 1 моль реабсорбируемого KHCO 3 затрачивается 1 моль АТФ, т.е. речь идет о достаточно «дорогом» процессе. В данном случае Na + /К + -АТФаза не играет значительной роли в данном механизме, поэтому нельзя выявить стехиометрической зависимости между количеством затраченной АТФ и количествами перенесенных веществ

Экзокринная функция поджелудочной железы

Поджелудочная железа обладает экзокринным аппаратом (наряду с эндокринной частью), который состоит из гроздеобразных концевых участков - ацинусов (долек). Они расположены на концах разветвленной системы протоков, эпителий которых выглядит сравнительно однотипно (рис. 10-25). По сравнению с другими экзокринными железами в поджелудочной железе особенно заметно полное отсутствие миоэпителиальных клеток. Последние в других железах поддерживают концевые участки во время секреции, когда давление в выводящих протоках возрастает. Отсутствие миоэпителиальных клеток в поджелудочной железе означает, что ацинарные клетки во время секреции легко лопаются, поэтому определенные ферменты, предназначенные на экспорт в кишечник, попадают в интерстициум поджелудочной железы.

Экзокринные отделы поджелудочной железы

выделяют из клеток долек пищеварительные ферменты, которые растворены в жидкости с нейтральным pH и обогащенной ионами Cl - , а из

клеток выводящих протоков - свободную от белков щелочную жидкость. К пищеварительным ферментам относятся амилазы, липазы и протеазы. Бикарбонат в секрете клеток выводящих протоков необходим для нейтрализации соляной кислоты, которая поступает с химусом из желудка в двенадцатиперстную кишку. Ацетилхолин из окончаний блуждающего нерва активирует секрецию в клетках долек, тогда как секреция клеток в выводящих протоках стимулируется прежде всего секретином, синтезируемым в S-клетках слизистой оболочки тонкого кишечника. За счет модуляторного влияния на холинергическую стимуляцию холецистокинин (ССК) воздействует на ацинарные клетки, в результатет чего их секреторная активность усиливается. Холецистокинин также оказывает стимулирующее влияние на уровень секрецию клеток эпителия протока поджелудочной железы.

Если отток секрета затруднен, как при муковисцидозе (цистический фиброз); если сок поджелудочной железы особенно тягуч; или когда выводящий проток сужен в результате воспаления или отложений, то это может приводить к воспалению поджелудочной железы (панкреатит).

Рис. 10-25. Строение экзокринной части поджелудочной железы.

На нижней части рисунка схематично отображено существовавшее до настоящего времени представление о разветвленной системе протоков, на концах которых расположены ацинусы (концевые участки). На увеличенном изображении видно, что в действительности ацинус является сетью соединенных друг с другом секреторных канальцев. Внедольковый проток соединен через тонкий внутридольковый проток с такими секреторными канальцами

Механизм секреции бикарбонатов клетками поджелудочной железы

Поджелудочная железа выделяет около 2 литров жидкости в день. Во время переваривания уровень секреции возрастает во много раз по сравнению с состоянием покоя. В покое, натощак, уровень секреции составляет 0,2-0,3 мл/мин. После приема пищи уровень секреции вырастает до 4-4,5 мл/мин. Такое увеличение скорости секреции у человека является достижением прежде всего эпителиальных клеток выводящих протоков. В то время, как ацинусы выделяют нейтральный богатый хлоридом сок с растворенными в нем пищеварительными ферментами, эпителий выводящих протоков поставляет щелочную жидкость с высокой концентрацией бикарбоната (рис. 10-26), которая у человека составляет больше 100 ммоль. В результате смешивания этого секрета с содержащим НС1 химусом рН поднимается до значений, при которых пищеварительные ферменты максимально активированы.

Чем выше скорость секреции поджелудочной железы, тем выше концентрация бикарбоната в

соке поджелудочной железы. При этом концентрация хлорида ведет себя как зеркальное отражение концентрации бикарбоната, поэтому сумма концентраций обеих анионов при всех уровнях секреции остается одинаковой; она равна сумме ионов К+ и Na+, концентрации которых изменяются так же незначительно, как и изотоничность сока поджелудочной железы. Такие соотношения концентраций веществ в соке поджелудочной железы могут быть объяснены тем, что в поджелудочной железе выделяются две изотоничные жидкости: одна богатая NaCl (ацинусы), а другая богатая NaНСО 3 (выводящие протоки) (рис. 10-26). В состоянии покоя и ацинусы, и протоки поджелудочной железы выделяют незначительное количество секрета. Однако в покое преобладает секреция ацинусов, в результате чего конечный секрет богат С1 - . При стимуляции железы секретином уровень секреции эпителия протока увеличивается. В связи с этим одновременно снижается концентрация хлорида, поскольку сумма анионов не может превышать (неизменную) сумму катионов.

Рис. 10-26. Механизм секреции NaHCO 3 в клетках протока поджелудочной железы похож на NaНС0 3 -секрецию в кишечнике, поскольку он также зависит от локализованной на базолатеральной мембране Na + /K + -АТФазы и белка переносчика, осуществляющего обмен ионов Na + /H + (антипорт) через базолатеральную мембрану. Однако в данном случае HCO 3 - попадает в проток железы не через ионный канал, а с помощью белка-переносчика, обеспечивающего анионный обмен. Для поддержания его работы подключенный параллельно Cl - -канал должен обеспечивать рециркуляцию ионов Cl - . Этот Сl - -канал (CFTR = Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator) дефектен у пациентов с муковисцидозом (= Cystic Fibrosis), что делает секрет поджелудочной железы более тягучим и бедным HCO 3 - . Жидкость в протоке железы заряжается отрицательно по отношению к интерстициальной в результате выхода из клетки Cl - в просвет протока (и проникновения K + в клетку через базолатеральную мембрану), что способствует пассивной диффузии Na + в проток железы по межклеточным плотным контактам. Высокий уровень секреции HCO 3 - возможен, по всей видимости, потому, что HCO 3 - вторично-активно транспортируется в клетку с помощью белка-переносчика, осуществляющего сопряженный транспорт Na + -HCO 3 - (симпорт; белок-переносчик NBC, на рисунке не изображен; белок-переносчик SITS)

Состав и свойства ферментов поджелудочной железы

В отличие от клеток протока, ацинарные клетки выделяют пищеварительные ферменты (табл. 10-1). Кроме того, ацинусы поставляют неферментативные белки, такие как иммуноглобулины и гликопротеины. Пищеварительные ферменты (амилазы, липазы, протеазы, DNазы) необходимы для нормального переваривания составных частей пищи. Существуют данные,

что набор ферментов изменяется в зависимости от состава принятой пищи. Поджелудочная железа, чтобы защитить себя от самопереваривания своими же протеолитическими ферментами, выделяет их в форме неактивных предшественников. Так трипсин, например, секретируется в виде трипсиногена. В качестве дополнительной защиты сок поджелудочной железы содержит ингибитор трипсина, который предотвращает его активацию внутри секреторных клеток.

Рис. 10-27. Свойства важнейших пищеварительных ферментов поджелудочной железы, выделяемых ацинарными клетками, и ацинарных неферментативных белков (табл. 10-1)

Таблица 10-1. Ферменты поджелудочной железы

* Многие пищеварительные ферменты поджелудочной железы существуют в двух и более формах, которые отличаются друг от друга относительными молекулярными массами, оптимальными значениями pH и изоэлектрическими точками

** Классификационная система Enzyme Commission, International Union of Biochemistry

Эндокринная функция поджелудочной железы

Островковый аппарат представляет эндокринную часть поджелудочной железы и составляет только 1-2% ткани преимущественно экзокринной ее части. Из них около 20% - α-клетки, в которых образуется глюкагон, 60-70% составляют β-клетки, которые производят инсулин и амилин, 10-15% - δ-клетки, которые синтезируют соматостатин, угнетающий секрецию инсулина и глюкагона. Еще один тип клеток - F-клетки производит панкреатический полипептид (иное название - ПП-клетки), который возможно является антагонистом холецистокинина. Наконец, существуют и G-клетки, вырабатывающие гастрин. Быструю модуляцию высвобождения гормонов в кровь обеспечивает локализация этих эндокринно активных клеток в союзе с островками Лангерганса (названными

так в честь открывателя - немецкого студентамедика), позволяющая осуществлять паракринный контроль и дополнительный прямой внутриклеточный транспорт веществ-передатчиков и субстратов через многочисленные Gap Junctions (плотные межклеточные контакты). Поскольку V. pancreatica впадает в воротную вену, концентрация всех гормонов поджелудочной железы в печени, самом важном для обмена веществ органе, в 2-3 раза выше, чем в остальной сосудистой системе. При стимуляции это соотношение возрастает в 5-10 раз.

В целом, эндокринные клетки выделяют два ключевых для регуляции углеводородного обмена гормона: инсулин и глюкагон. Секреция этих гормонов главным образом зависит от концентрации глюкозы в крови и модулируется соматостатином, третьим по значимости гормоном островков, совместно с гастроинтестинальными гормонами и автономной нервной системой.

Рис. 10-28. Островок Лангерганса

Глюкагон и инсулин-гормоны поджелудочной железы

Глюкагон синтезируется в α-клетках. Глюкагон состоит из единственной цепи из 29 аминокислот и имеет молекулярную массу 3500 Dа (рис. 10-29 А, Б). Его аминокислотная последовательность гомологична некоторым гастроинтестинальным гормонам, таким как секретин, вазоактивный интестинальный пептид (VIP) и GIP. С эволюционной точки зрения, это очень старый пептид, который сохранил не только свою форму, но и некоторые важные функции. Глюкагон синтезируется через препрогормон в α-клетках островков поджелудочной железы. Сходные с глюкагоном пептиды у человека также дополнительно образуются в различных клетках кишечника (энтероглюкагон или GLP 1). Посттрансляционное расщепление проглюкагона в различных клетках кишечника и поджелудочной железы происходит по-разному, так что образуется целый ряд пептидов, функции которых еще не выяснены. Циркулирующий в крови глюкагон примерно на 50% связан с белками плазмы; этот, так называемый большой глюкагон плазмы, биологически не активен.

Инсулин синтезируется в β-клетках. Инсулин состоит из двух пептидных цепочек, А-цепочки из 21 и В-цепочки из 30 аминокислот; его молекулярная масса составляет около 6000 Dа. Обе цепи связаны между собой дисульфидными мостиками (рис. 10-29 В) и образованы из предшественника, проинсулина в результате протеолитического отщепления С-цепи (связывающий пептид). Ген для синтеза инсулина локализован в 11-й хромосоме человека (рис. 10-29 Г). С помощью соответствующей мРНК в эндоплазматическом ретикулуме (ER) синтезируется препроинсулин с молекулярной массой 11 500 Dа. В результате отделения сигнальной последовательности и образования дисульфидных мостиков между цепочками А, В и С появляется проинсулин, который в микровези-

кулах транспортируется к аппарату Гольджи. Там происходит отщепление С-цепочки от проинсулина и образование цинк-инсулиновых-гексамеров - запасающей формы в «зрелых» секреторных гранулах. Уточним, что инсулин разных животных и человека различается не только по аминокислотному составу, но и по α-спирали, которая обусловливает вторичную структуру гормона. Более сложной является третичная структура, образующая участки (центры), ответственные за биологическую активность и антигенные свойства гормона. Третичная структура мономерного инсулина включает гидрофобный кор, который образует шиловидные отростки на его поверхности, обладающие гидрофильными свойствами, за исключением двух неполярных областей, обеспечивающих агрегационные свой-ства молекулы инсулина. Внутреннее строение молекулы инсулина важно для взаимодействия с его рецептором и проявления биологического действия. При исследовании с помощью рентгеноструктурного анализа установлено, что одна гексамерная единица кристаллического цинк-инсулина состоит из трех димеров, свернутых вокруг оси, на которой расположены два атома цинка. Проинсулин так же, как и инсулин, образует димеры и цинксодержащие гексамеры.

Во время экзоцитоза инсулин (А- и В-цепочки) и С-пептид выделяются в эквимолярных количествах, причем еще около 15% инсулина остается в виде проинсулина. Сам проинсулин оказывает лишь очень ограниченное биологическое действие, о биологическом действии С-пептида еще нет достоверных сведений. У инсулина очень короткий период полужизни, порядка 5-8 мин, у С-пептида - в 4 раза длиннее. В клинике измерение С-пептида в плазме используется в качестве параметра функционального состояния β-клеток, и даже при терапии инсулином позволяет оценить остаточную секреторную емкость эндокринной поджелудочной железы.

Рис. 10-29. Структура глюкагона, проинсулина и инсулина.

А - глюкагон синтезируется в α-клетках и его структура представлена на панели. Б - инсулин синтезируется в β-клетках. В - в поджелудочной железе β-клетки, вырабатывающие инсулин, распределены равномерно, тогда как α-клетки, производящие глюкагон, сосредоточены в хвосте поджелудочной железы. В результате отщепления С-пептида в указанных участках появляется инсулин, состоящий из двух цепей: А и В. Г - схема синтеза инсулина

Клеточный механизм секреции инсулина

Панкреатические β-клетки повышают уровень внутриклеточной глюкозы за счет ее входа через GLUT2-транспортер и метаболизируют глюкозу, а также галактозу и маннозу, и каждое это вещество может вызвать секрецию инсулина островками. Другие гексозы (например, З-О-methylglucose или 2-deoxyglucose), которые транспортируются в β -клетки, но не могут там метаболизироваться, и не стимулируют секрецию инсулина. Некоторые аминокислоты (особенно аргинин и лейцин) и маленькие кетокислоты (α-ketoisocaproate) так же, как ketohexoses (фруктоза), могут слабо стимулировать секрецию инсулина. Аминокислоты и кетокислоты не разделяют никакого метаболического пути с гексозами, кроме окисления через цикл лимонной кислоты. Эти данные привели к предположению, что ATФ, синтезированный в результате метаболизма этих различных веществ может быть вовлечен в секрецию инсулина. Исходя из этого было предложено 6 ступеней секреции инсулина β-клетками, которые изложены в подрисуночной подписи к рис. 10-30.

Рассмотрим весь процесс более детально. Секрецией инсулина в основном управляет концентрация глюкозы в крови, это означает, что прием пищи стимулирует секрецию, а при уменьшении концентрации глюкозы, например во время голодания (пост, диета), выброс тормозится. Обычно инсулин секретируется с интервалом в 15- 20 мин. Такая пульсационная секреция, по-видимому, имеет значение для эффективности инсулина и обеспечивает адекватную функцию инсулиновых рецепторов. После стимуляции секреции инсулина внутривенным введением глюкозы наблюдается двухфазный секреторный ответ. В первой фазе уже в течение минут происходит максимальный выброс инсулина, который через несколько минут опять ослабевает. Примерно через 10 мин наступает вторая фаза с сохраняющейся повышенной секрецией инсулина. Полагают, что за обе фазы отвечают различные

запасающие формы инсулина. Возможно также, что ответственными за такую двухфазную секрецию являются разнообразные паракринные и ауторегуляторные механизмы островковых клеток.

Механизм стимуляции секреции инсулина глюкозой или гормонами в значительной степени выяснен (рис. 10-30). Решающим является увеличение концентрации АТФ в результате окисления глюкозы, которая при возрастании концентрации глюкозы в плазме с помощью опосредованного переносчиком транспорта в увеличенном количестве поступает в β-клетки. В результате АТФ- (или от соотношения АТФ/АДФ) зависимый К + -канал ингибируется и мембрана деполяризуется. Вследствие этого открываются потенциалзависимые Са 2+ -каналы, экстраклеточный Са 2+ устремляется внутрь и активирует процесс экзоцитоза. Пульсационное высвобождение инсулина является следствием типичного образца разрядки β -клетки «пачками».

Клеточные механизмы действия инсулина очень многообразны и еще не полностью выяснены. Инсулиновый рецептор является тетрадимером и состоит из двух экстраклеточных α-субъединиц со специфическими местами связывания для инсулина и двух β-субъединиц, которые имеют трансмембранную и внутриклеточную части. Рецептор относится к семейству тирозинкиназных рецепторов и очень сходен по структуре с соматомедин-С- (IGF-1-)рецептором. β-субъединицы инсулинового рецептора с внутренней стороны клетки содержат большое число тирозинкиназных доменов, которые на первом этапе активируются с помощью аутофосфорилирования. Эти реакции являются существенными для активации следующих киназ (например фосфатидилинозитол 3-киназы), которые затем индуцируют различные процессы фосфорилирования, с помощью которых в эффекторных клетках происходит активация большинства энзимов, участвующих в обмене веществ. Кроме того, интернализация инсулина вместе со своим рецептором в клетку возможно также имеет значение для экспрессии специфических протеинов.

Рис. 10-30. Механизм секреции инсулина β -клетками.

Повышение уровня внеклеточной глюкозы является триггером для секреции β-клетками инсулина, который происходит в виде семи этапов. (1) Глюкоза входит в клетку через GLUT2 транспортер, работа которого опосредована облегченной диффузией глюкозы в клетку. (2) Увеличение входа глюкозы стимулирует метаболизм глюкозы в клетке и ведет к увеличению [АТФ] i или [АТФ] i / [АДФ] i . (3) Увеличение [АТФ] i или [АТФ] i / [АДФ] i ингибирует АТФ-сенситивные К + -каналы. (4) Ингибирование АТФ-сенситивных К + -каналов вызывает деполяризацию, т.е. V m приобретает более положительные значения. (5) Деполяризация активирует потенциал-управляемые Са 2+ -каналы мембраны клетки. (6) Активация этих потенциал-управляемых Са 2+ -каналов увеличивает вход ионов Са 2+ и, таким образом, увеличивает i , что также вызывает Са 2+ -индуцированный Са 2+ -релиз из эндоплазматического ретикулума (ЭР). (7) Накопление i ведет к экзоцитозу и выходу в кровь инсулина, содержащегося в секреторных гранулах

Ультраструктура печени

Ультраструктура печени и желчевыводящих путей показана на рис. 10-31. Желчь выделяется клетками печени в желчные канальцы. Желчные канальцы, сливаясь друг с другом на периферии печеночной дольки, формируют более крупные желчные ходы - перилобулярные желчные проточки, выстланные эпителием и гепатоцитами. Перилобулярные желчные проточки впадают в междольковые желчные протоки, выстланные кубическим эпителием. Анастомозируя между

собой и увеличиваясь в размерах, они образуют крупные септальные протоки, окруженные фиброзной тканью портальных трактов и сливающиеся в долевые левый и правый печеночный протоки. На нижней поверхности печени в области поперечной борозды левый и правый печеночный протоки соединяются и формируют общий печеночный проток. Последний, сливаясь с пузырным протоком, впадает в общий желчный проток, открывающийся в просвет двенадцатиперстной кишки в области большого сосочка двенадцатиперстной кишки, или фатерова соска.

Рис. 10-31. Ультраструктура печени.

Печень состоит из долек (диаметр 1-1,5 мм), которые на периферии снабжаются ветвями портальной вены (V.portae) и печеночной артерии (A.hepatica). Кровь из них протекает через синусоиды, которые снабжают кровью гепатоциты, и затем попадает в центральную вену. Между гепатоцитами лежат трубкообразные, закрытые сбоку с помощью плотных контактов и не имеющие собственной стенки щели, желчные капилляры или канальцы, Canaliculi biliferi. В них выделяется желчь (см. рис. 10-32), которая покидает печень через систему желчных ходов. Содержащий гепатоциты эпителий соответствует концевым отделам обычных экзокринных желез (например, слюнных желез), желчные канальцы - просвету концевого отдела, желчные протоки - выводящим протокам железы, а синусоиды - кровеносным капиллярам. Необычно же то, что синусоиды получают смесь артериальной (богатой O 2) и венозной крови портальной вены (бедной O 2 , но богатой питательными и другими веществами, поступающими из кишечника). Клетки Купфера являются макрофагами

Состав и секреция желчи

Желчь представляет собой водный раствор различных соединений, обладающий свойствами коллоидного раствора. Основными компонентами желчи являются желчные кислоты (холевая и в небольшом количестве дезоксихолевая), фосфолипиды, желчные пигменты, холестерин. В состав желчи входят также жирные кислоты, белок, бикарбонаты, натрий, калий, кальций, хлор, магний, йод, незначительное количество марганца, а также витамины, гормоны, мочевина, мочевая кислота, ряд ферментов и др. В желчном пузыре концентрация многих компонентов в 5-10 раз выше, чем в печеночной. Однако концентрация ряда компонентов, например натрия, хлора, бикарбонатов, в связи с их всасыванием в желчном пузыре значительно ниже. Альбумин, присутствующий в печеночной желчи, в пузырной вовсе не обнаруживается.

Желчь образуется в гепатоцитах. В гепатоците различают два полюса: васкулярный, осуществляющий с помощью микроворсинок захват веществ извне и введение их в клетку, и билиарный, где происходит выделение веществ из клетки. Микроворсинки билиарного полюса гепатоцита образуют истоки желчных канальцев (капилляров), стенки которых образованы мембранами

двух и более смежных гепатоцитов. Образование желчи начинается с секреции гепатоцитами воды, билирубина, желчных кислот, холестерина, фосфолипидов, электролитов и других компонентов. Секретирующий аппарат гепатоцита представлен лизосомами, пластинчатым комплексом, микроворсинками и желчными канальцами. Секреция осуществляется в зоне микроворсинок. Билирубин, желчные кислоты, холестерин и фосфолипиды, главным образом лецитин, выделяются в виде специфического макромолекулярного комплекса - желчной мицеллы. Соотношение этих четырех основных компонентов, достаточно постоянное в норме, обеспечивает растворимость комплекса. Кроме того, малая растворимость холестерина значительно увеличивается в присутствии солей желчных кислот и лецитина.

Физиологическая роль желчи связана главным образом с процессом пищеварения. Наиболее важное значение для пищеварения имеют желчные кислоты, стимулирующие секрецию поджелудочной железы и обладающие эмульгирующим действием на жиры, что необходимо для их переваривания панкреатической липазой. Желчь нейтрализует кислое содержимое желудка, поступающее в двенадцатиперстную кишку. Белки желчи способны связывать пепсин. С желчью экскретируются и чужеродные вещества.

Рис. 10-32. Секреция желчи.

Гепатоциты выделяют электролиты и воду в желчные канальцы. Дополнительно гепатоциты выделяют первичные желчные соли, которые они синтезируют из холестерина, а также вторичные желчные соли и первичные желчные соли, которые они захватывают из синусоидов (кишечно-печеночная рециркуляция). Секреция желчных кислот сопровождается дополнительной секрецией воды. Билирубин, стероидные гормоны, чужеродные вещества и другие вещества связываются с глутатионом или глюкуроновой кислотой, для повышения их растворимости в воде, и в такой конъюгированной форме выделяются в желчь

Синтез желчных солей в печени

Желчь печени содержит желчные соли, холестерин, фосфолипиды (прежде всего фосфатидилхолин = лецитин), стероиды, а также продукты обмена, такие как билирубин, и многие чужеродные вещества. Желчь изотонична плазме крови, а ее электролитный состав похож на электролитный состав плазмы крови. Значение рН желчи нейтральное или слегка щелочное.

Желчные соли представляют собой метаболиты холестерина. Желчные соли захватываются гепатоцитами из крови портальной вены или синтезируются внутриклеточно, после конъюгации с глицином или таурином через апикальную мембрану в желчные канальцы. Желчные соли образуют мицеллы: в желчи - с холестерином и лецитином, а в просвете кишечника - прежде всего с плохо растворимыми продуктами липолиза, для которых необходимой предпосылкой реабсорбции является образование мицелл. При реабсорбции липидов желчные соли снова высвобождаются, реабсорбируются в концевых отделах подвздошной кишки и так вновь попадают в печень: желудочно-печеночный круговорот. В эпителии толстого кишечника желчные соли повышают проницаемость эпителия для воды. Секреция как желчных солей, так и других веществ сопровождается перемещениями воды по осмотическим градиентам. Секреция воды, обусловленная секрецией желчных солей и других веществ, составляет в каждом случае 40% от количества первичной желчи. Оставшиеся 20%

воды приходятся на жидкости, выделяемые клетками эпителия желчного протока.

Наиболее распространенные желчные соли - соли холевой, хеноде(з)оксихолевой, де(з)оксихолевой и литохолевой желчных кислот. Они захватываются клетками печени из крови синусоида с помощью переносчика NTCP (котранспорт с Na +) и переносчика OATP (независимый от Na + перенос; OATP = O rganic A nion-T ransporting P olypeptide) и в гепатоцитах образуют конъюгат с аминокислотой, глицином или таурином (рис. 10-33). Коньюгация поляризует молекулу со стороны аминокислоты, что облегчает ее растворимость в воде, тогда как стероидный скелет липофилен, что облегчает взаимодействие с другими липидами. Таким образом конъюгированные желчные соли могут выполнять функцию детергентов (веществ обеспечивающих растворимость) для обычно плохо растворимых липидов: когда концентрация желчных солей в желчи или в просвете тонкого кишечника превышает определенную (так называюмую критическую мицеллярную) величину, они спонтанно образуют с липидами мельчайшие аггрегаты, мицеллы.

Эволюция различных желчных кислот связана с необходимостью удерживать липиды в растворе в широком диапазоне значений рН: при рН = 7 - в желчи, при рН = 1-2 - в приходящем из желудка химусе и при рН = 4-5 - после того как химус смешивается с соком поджелудочной железы. Это возможно благодаря разным рКa" -значениям отдельных желчных кислот (рис. 10-33).

Рис. 10-33. Синтез желчных солей в печени.

Гепатоциты, используя в качестве исходного вещества холестерин, образуют желчные соли, прежде всего хенодеоксихолат и холат. Каждая из этих (первичных) желчных солей может конъюгировать с аминокислотой, прежде всего с таурином или глицином, что снижает pKa"-значение соли с 5 до 1,5 или 3,7 соответственно. Кроме этого часть молекулы, изображенная на рисунке справа, становится гидрофильной (средняя часть рисунка). Из шести различных конъюгированных желчных солей справа показаны оба конъюгата холата с их полными формулами. Конъюгированные желчные соли частично деконъюгируются бактериями в нижнем отделе тонкого кишечника и затем дегидроксилируются у C-атома, таким образом из первичных желчных солей хенодеоксихолата и холата образуются вторичные желчные соли литохолат (не показан на рисунке) и деоксихолат, соответственно. Последние попадают в результате кишечно-печеночной рециркуляции снова в печень и вновь образуют конъюгаты, чтобы после секреции с желчью опять принимать участие в реабсорбции жиров

Кишечно-печеночный кругооборот желчных солей

Для переваривания и реабсорбции 100 г жира необходимо около 20 г желчных солей. Тем не менее общее количество желчных солей в организме редко превышает 5 г, и лишь 0,5 г ежедневно синтезируются заново (холат и хенодоксихолат = первичные желчные соли). Успешная абсорбция жиров с помощью небольшого количества желчных солей возможна благодаря тому, что в подвздошной кишке 98% выделяемых с желчью желчных солей вновь реабсорбируется по механизму вторичного активного транспорта совместно с Na + (котранспорт), попадает в кровь портальной вены и возвращается в печень: кишечно-печеночная рециркуляция (рис. 10-34). В среднем данный цикл повторяется для одной молекулы желчной соли до 18 раз, прежде чем она будет потеряна с калом. При этом конъюгированные желчные соли деконъюгируются

в нижнем отделе двенадцатиперстной кишки с помощью бактерий и декарбоксилируются, в случае первичных желчных солей (образование вторичных желчных солей; см. рис. 10-33). У пациентов, у которых хирургическим путем удалена подвздошная кишка или которые страдают от хронического воспаления кишечника (Morbus Crohn), большая часть желчных солей теряется с калом, поэтому нарушается переваривание и всасывание жиров. Стеаторея (жирный стул) и мальабсорбция являются последствиями таких нарушений.

Интересно, что небольшой процент желчных солей, который попадает в толстый кишечник, играет важную физиологическую роль: желчные соли взаимодействуют с липидами люминальной клеточной мембраны и повышают ее проницаемость для воды. Если концентрация желчных солей в толстом кишечнике снижается, то уменьшается реабсорбция воды в толстом кишечнике и, как следствие, развивается диарея.

Рис. 10-34. Кишечно-печеночная рециркуляция желчных солей.

Сколько раз за день пул желчных солей циркулирует между кишечником и печенью, зависит от содержания жира в пище. При переваривании нормальной пищи пул желчных солей циркулирует между печенью и кишечником 2 раза за день, при богатой жирами пище циркуляция происходит 5 раз или еще чаще. Поэтому цифры на рисунке дают лишь приблизительное представление

Желчные пигменты

Билирубин образуется в основном при расщеплении гемоглобина. После разрушения состарившихся эритроцитов макрофагами ретикулоэндотелиальной системы от гемоглобина отщепляется кольцо гема, а после разрушения кольца гемоглобин превращается сначала в биливердин и затем в билирубин. Билирубин, в силу своей гидрофобности, переносится плазмой крови в связанном с альбумином состоянии. Из плазмы крови билирубин захватывается клетками печени и связывается с внутриклеточными белками. Затем билирубин образует конъюгаты при участии фермента глюкуронилтрансферазы, превращаясь в водорастворимые моно- и диглюкурониды. Моно- и диглюкурониды с помощью переносчика (MRP2 = сМОАТ), работа которого требует затрат энергии АТФ, выделяются в желчный каналец.

Если в желчи повышается содержание плохорастворимого, неконъюгированного билирубина (обычно 1-2% мицеллярного «раствора»), вне зависимости происходит ли это в результате перегрузки глюкуронилтрансферазы (гемолиз, см. ниже), или в результате повреждения печени или бактериальной деконъюгации в желчи, то образуются так называемые пигментные камни (билирубинат кальция и др.).

В норме концентрация билирубина в плазме крови меньше 0,2 ммоль. Если она возрастает до значения превышающего 0,3-0,5 ммоль, то плазма крови выглядит желтой и соединительная ткань (сначала склера, а затем и кожа) окрашиваются в желтый цвет, т.е. такое повышение концентрации билирубина приводит к желтухе (иктерус).

Высокая концентрация билирубина в крови может иметь несколько причин: (1) Массовая гибель эритроцитов по любым причинам, даже при нормальной функции печени повышает в

плазме крови концентрацию неконъюгированного («косвенного») билирубина: гемолитическая желтуха. (2) Дефект фермента глюкуронилтрансферазы также приводит к увеличению количества неконъюгированного билирубина в плазме крови: гепатоцеллюлярная (гепатическая) желтуха. (3) Постгепатитная желтуха возникает, когда происходит закупорка желчных путей. Это может происходить как в печени (холостаз), так и за ее пределами (в результате возникновения опухоли или камня в Ductus choleodochus): механическая желтуха. Желчь скапливается выше места закупорки; она выдавливается вместе с конъюгированным билирубином из желчных канальцев через десмосомы во внеклеточное пространство, которое связано с синусом печени и, таким образом, с венами печени.

Билирубин и его метаболиты реабсорбируются в кишечнике (около 15% от выделяемого количества), однако лишь после того как от них отщепляется (анаэробными бактериями кишечника) глюкуроновая кислота (рис. 10-35). Свободный билирубин превращается бактериями в уробилиноген и стеркобилиноген (оба бесцветны). Они окисляются до (окрашенных, желто-оранжевых) конечных продуктов уробилина и стеркобилина, соответственно. Небольшая часть этих веществ попадает в кровь системы кровообращения (прежде всего уробилиноген) и после клубочковой фильтрации в почке оказывается в моче, придавая ей характерный желтоватый цвет. В тоже время оставшиеся в кале конечные продукты, уробилин и стеркобилин, окрашивают его в коричневый цвет. При быстром прохождении по кишечнику неизменившийся билирубин окрашивает каловые массы в желтоватый цвет. Когда же в каловых массах, как при холостазии или закупорке желчного протока не обнаруживается ни билирубин, ни продукты его распада, то следствием этого является серый цвет кала.

Рис. 10-35. Выведение билирубина.

В день выводится до 230 мг билирубина, который образуется в результате расщепления гемоглобина. В плазме крови билирубин связан с альбумином. В клетках печени при участии глюкуронтрансферазы билирубин образует конъюгат с глюкуроновой кислотой. Такой конъюгированный, значительно лучше растворимый в воде билирубин выделяется в желчь и с ней попадает в толстый кишечник. Там бактерии расщепляют конъюгат и превращают свободный билирубин в уробилиноген и стеркобилиноген, из которых в результате окисления образуются уробилин и стеркобилин, придающие стулу коричневый цвет. Около 85% билирубина и его метаболитов выводится со стулом, около 15% вновь реабсорбируется (кишечно-печеночная циркуляция), 2% попадает через систему кровообращения в почки и выводится с мочой

После того как продукты гидролиза жира поступили в энтероциты, в стенке кишечника начинают синтезироваться жиры, специфические для данного организма , которые по своему строению отличаются от пищевого жира . Механизм ресинтеза жира в стенке кишечника сводится к следующему : сначала происходит активация глицерина и ВЖК затем последовательно будет происходить ацилирование альфа-глицерофосфата с образованием моно- и диглицеридов . Активная форма диглицерида - фосфатидная кислота занимает центральное место в синтезе жира к стенке кишечника. Из неё после активации в присутствии ЦТФ образуется ЦДФ-диацилглицерид , который даёт начало сложным жирам.

Активация ВЖК.

RCOOH + HSKoA + ATФ → RCO~SКoA + АMФ + Н 4 Р 2 О 7 Реакция катализируется ацил-КоА-синтетазой .

Активация глицерола.

Глицерол + АТФ → α-глицерофосфат + АДФ Фермент – глицераткиназа .

В реакциях ресинтеза жиров участвуют, как правило, только жирные кислоты с длинной углеводородной цепью . Это не только жирные кислоты, всосавшиеся из кишечника, но и жирные кислоты, синтезированные в организме, поэтому по составу ресинтезированные жиры отличаются от жиров, полученных с пищей.

В клетках слизистой оболочки тонкой кишки всосавшиеся молекулы холестерола также превращаются в эфиры путём взаимодействия с ацил-КоА . Эту реакцию катализирует ацтлхолестеролацилтрансфераза (АХАТ ). От активности этого фермента зависит скорость поступления экзогенного холестерола в организм . В клетках эпителия тонкой кишки из жиров, образовавшихся в результате ресинтеза, а также из эфиров холестерола, жирорастворимых витаминов, поступивших с пищей, формируются липопротеиновые комплексы - хиломикроны (ХМ ). ХМ далее доставляют жиры в периферические ткани.

42. Липопротеины крови человека, их образование и функции.

Липиды являются нерастворимыми в воде соединениями, поэтому для их переноса кровью необходимы специальные переносчики которые растворимы в воде. Такими транспортными формами являются липопротеины . Синтезированный жир в стенке кишечника, либо жир, синтезированный в других тканях, органах, может быть транспортирован кровью лишь после включения в состав липопротеинов, где роль стабилизатора играют белки (различные апопротеины ). По своему строению мицеллы липопротеинов имеют наружный слой и ядро . Наружный слой формируется из белков, фосфолипидов и холестерина, которые имеют гидрофильные полярные группы и проявляют сродство к воде. Ядро состоит из триглицеридов, эфиров холестерина, ВЖК, витаминов A, D, Е, К. Таким образом, нерастворимые жиры транспортируются по всему организму после синтеза в стенке кишечника, а также синтеза в других тканях.

Выделяют 4 класса липопротеинов крови , которые отличаются друг от друга по своему химическому строению, размерам мицелл и транспортируемым жирам. Поскольку они имеют различную скорость оседания в растворе поваренной соли , их разделяют на: 1.) Хиломикроны . Образуются в стенке кишечника и имеют самый крупный размер частиц. 2.) Липопротеины очень низкой плотности - ЛПОНП . Синтезируются в стенке кишечника и печени. 3.) Липопротены низкой плотности - ЛПНП . Образуются в эндотелии капилляров из ЛПОНП. 4.) Липопротеины высокой плотности - ЛПВП . Образуются в стенке кишечника и печени.

Хиломикроны (ХМ ) самые крупные частицы. Максимальная их концентрация достигается к 4 - 6 час после приёма пищи. Расщепляются они под действием фермента - липопротеидлипазы , который образуется в печени, легких, жировой ткани, эндотелии сосудов. Принято считать, что хиломикроны (ХМ) отсутствуют в крови натощак и появляются только после приёма пищи . ХМ преимущественно транспортируют триацилглицериды (до 83%) и экзогенные ВЖК .

Наибольшее количество липопротеинов участвует в переносе поступающего с едой жира , в состав которого входит более 100г триглицеридов и около 1г холестерина в сутки. В эпителиальных клетках кишечника пищевые триглицериды и холестерин включаются в крупные липопротеиновые частицы - хиломикроны . Они секретируются в лимфу, затем через общий кровоток поступают в капилляры жировой ткани и скелетных мышц .

Хиломикроны оказываются объектом воздействия фермента липопротеинлипазы . Хиломикроны содержат особый апопротеин СII , активирующий липазу , высвобождающую свободные жирные кислоты и моноглицериды. Жирные кислоты проходят через эндотелиальную клетку и проникают в прилежащие адипоциты или мышечные клетки, в которых либо реэстерифицируются в триглицериды , либо окисляются .

После удаления из сердцевины триглицеридов остаток хиломикрона отделяется от эпителия капилляров и опять поступает в кровь. Теперь он превратился в частицу, содержащую сравнительно малое количество триглицеридов, но большое количество эфиров холестерина . Происходит также размен апопротеинами между ним и другими липопротеинами плазмы. Конечный результат - превращение хиломикрона в частицу его остатка , богатую эфирами холестерина , а также апопротеинами В-48 и Е . Эти остатки переносятся в печень, которая очень интенсивно поглощает их. Этот захват опосредуется связыванием апопротеина Е со специфическим рецептором, называемым рецептором остатка хиломикрона , на поверхности гепатоцита.

Связанные остатки поглощаются клеткой и распадаются в лизосомах в процессе - рецепторно-опосредованном эндоцитозе . Общий результат транспорта, выполняемого хиломикронами - доставка пищевых триглицеридов в жировую ткань, а холестерина в печень .

Частицы ЛПОНП попадают в тканевые капилляры, в которых взаимодействуют с тем же ферментом - липопротеинлипазой , который разрушает хиломикроны . Триглицеридное ядро ЛПОНП гидролизуется, и жирные кислоты используются для синтеза триглицеридов в жировой ткани. Остатки частиц, образующиеся в результате действия липопротеинлипазы на ЛПОНП, называются липопротеинами промежуточной плотности (ЛППП ). Часть частиц ЛППП распадается в печени путем связывания с рецепторами , получившими название рецепторов липопротеинов низкой плотности (рецепторы ЛПНП ), которые отличаются от рецепторов остатками хиломикронов .

Остальная часть ЛППП остается в плазме , в которой подвергается последующей трансформации , в процессе которой удаляются почти все оставшиеся триглицериды . При этом превращении частица утрачивает все свои апопротеины, за исключением апопротеина В-100 . В результате из частицы ЛППП образуется богатая холестерином частица ЛПНП . Ядро ЛПНП почти целиком состоит из эфиров холестерина , а поверхностная оболочка содержит только один апопротеин - В-100 . У человека достаточно большая часть ЛПНП не поглощается печенью , и поэтому их уровень в крови человека высок . В норме примерно 3/4 общего холестерина плазмы крови находится в составе ЛПНП .

Одна из функций ЛПНП содержится в снабжении холестерином разнообразных внепеченочных паренхиматозных клеток , например клеток кожуры надпочечников, лимфоцитов, мышечных клеток и клеток почек. Все они несут на своей поверхности рецепторы ЛПНП . Связавшиеся с этими рецепторами ЛПНП поглощаются посредством рецептороопосредованного эндоцитоза и внутри клеток разрушаются лизосомами .

Эфиры холестерина из ЛПНП гидролизуются лизосомной холестерилэстеразой (кислая липаза ), и свободный холестерин используется для синтеза мембран и в качестве предшественника стероидных гормонов . Как и внепеченочные ткани, печень обладает обильем рецепторов ЛПНП ; в ней холестерин ЛПНП используется для синтеза желчных кислот и для образования свободного холестерина, секретируемого в желчь .

У человека ежесуточно рецептороопосредованным путем удаляется из плазмы 70-80% ЛПНП . Остальная часть разрушается клеточной системой «чистильщиков» - фагоцитирующими клетками РЭС . В отличие от рецептороопосредованного пути разрушения ЛПНП путь их разрушения в клетках-«чистилыциках» служит для разрушения ЛПНП при повышении их уровня в плазме , а не для снабжения клеток холестерином.

Поскольку мембраны паренхиматозных клеток и клеток-«чистильщиков» подвергаются кругообороту и так как клетки гибнут и обновляются, неэстерифицированный холестерин поступает в плазму, в которой обычно связывается липопротеинами высокой плотности (ЛПВП ). Этот неэстерифицированный холестерин затем образует эфиры с жирными кислотами под деянием присутствующего в плазме фермента - лецитинхолестеринацилтрансферазы (ЛХАТ ).

Образующиеся на поверхности ЛПВП эфиры холестерина переносятся на ЛПОНП и, в конце концов, включаются в ЛПНП . Таким образом формируется цикл, в котором ЛПНП доставляют холестерин внепеченочным клеткам и опять получают его из них через ЛПВП. Значительная часть холестерина, высвобождаемая внепеченочными тканями, переносится в печень, где экскретируется в желчь.

ЛПОНП и ЛПНП в основном транспортируют холестерин и его эфиры в клетки органов и тканей . Эти фракции относятся к атерогенным . ЛПВП принято обозначать как антиатерогенные ЛП , которые осуществляют транспорт холестерина (излишки холестерина, освобождённый в результате распада мембран клеток холестерин) в печень для последующего окисления с участием цитохрома Р450 с образованием желчных кислот , которые выводятся из организма в виде копростеринов .

Распадаются липопротеины крови после эндоцитоза в лизосомах и микросомах : под действием липопротеидлипазы в клетках печени, почек, надпочечников, кишечника, жировой ткани, эндотелия капилляров. Продукты гидролиза ЛП вовлекаются в клеточный метаболизм .

Тонкая кишка (intestinum tenue) - отдел пищеварительного тракта, расположенный между желудком и толстой кишкой. Тонкая кишка вместе с толстой образует кишечник - наиболее длинную часть пищеварительной системы. В составе тонкой кишки различают двенадцатиперстную, тощую, подвздошную кишку. В тонкой кишке химус (пищевая кашица), обработанный слюной и желудочным соком, подвергается действию кишечного и поджелудочного сока, а также желчи. В просвете тонкой кишки при перемешивании химуса происходят его окончательное переваривание и всасывание продуктов его расщепления. Остатки пищи продвигаются в толстую кишку. Важна эндокринная функция тонкой кишки. Эндокриноциты ее покровного эпителия и желез вырабатывают биологически активные вещества (секретин, серотонин, мотилин и др.).

Тонкая кишка начинается на уровне границы тел XII грудного и I поясничного позвонков, заканчивается в правой подвздошной ямке, располагается в области чревья (средняя область живота), достигая входа в малый таз. Длина тонкой кишки у взрослого человека составляет 5-6 м. У мужчин кишка длиннее, чем у женщин, при этом у живого человека тонкая кишка короче, чем у трупа, у которого отсутствует мышечный тонус. Длина двенадцатиперстной кишки составляет 25-30 см; около 2/3 длины тонкой кишки (2-2,5 м) занимает тощая и примерно 2,5-3,5 м - подвздошная кишка. Диаметр тонкой кишки равен 3-5 см, он уменьшается по направлению к толстой кишке. Двенадцатиперстная кишка не имеет брыжейки в отличие от тощей и подвздошной кишок, которые называют брыжеечной частью тонкой кишки.

Тощая кишка (jejunum) и подвздошная кишка (ileum) составляют брыжеечную часть тонкой кишки. Большая их часть располагается в пупочной области, образуя 14-16 петель. Часть петель спускается в малый таз. Петли тощей кишки в основном залегают в левой верхней, а подвздошной - в правой нижней части брюшной полости. Строгая анатомическая граница между тощей и подвздошной кишкой отсутствует. Кпереди от кишечных петель находится большой сальник, сзади - париетальная брюшина, выстилающая правый и левый брыжеечные синусы. Тощая и подвздошная кишки с помощью брыжейки соединены с задней стенкой брюшной полости. Корень брыжейки заканчивается в правой подвздошной ямке.

Стенки тонкой кишки образованы следующими слоями: слизистой оболочкой с подслизистой основой, мышечной и наружной оболочками.

Слизистая оболочка (tunica mucosa) тонкой кишки имеет круговые (керкринговы) складки (plicae circularis). Их общее количество достигает 600-700. Складки образуются с участием подслизистой основы кишки, их размеры уменьшаются по направлению к толстой кишке. Средняя высота складок 8 мм. Наличие складок увеличивает площадь поверхности слизистой оболочки более чем в 3 раза. Помимо круговых складок, для двенадцатиперстной кишки характерны продольные складки. Они имеются в верхней и нисходящей частях двенадцатиперстной кишки. Наиболее выраженная продольная складка располагается на медиальной стенке нисходящей части. В ее нижнем отделе имеется возвышение слизистой оболочки - большой сосочек двенадцатиперстной кишки (papilla duodeni major), или фатеров сосочек. Здесь общим отверстием открываются общий желчный проток и проток поджелудочной железы. Кверху от этого сосочка на продольной складке имеется малый сосочек двенадцатиперстной кишки (papilla duodeni minor), где открывается добавочный проток поджелудочной железы.

Слизистая оболочка тонкой кишки имеет многочисленные выросты - кишечные ворсинки (villi intestinales), их около 4-5 млн. На площади 1 мм 2 слизистой оболочки двенадцатиперстной кишки и тощей кишки насчитывается 22-40 ворсинок, подвздошной кишки - 18-31 ворсинок. Средняя длина ворсинок составляет 0,7 мм. Размеры ворсинок уменьшаются по направлению к подвздошной кишке. Выделяют листо-, языко-, пальцевидные ворсинки. Первые два вида всегда ориентированы поперек оси кишечной трубки. Наиболее длинные ворсинки (около 1 мм) имеют преимущественно листовидную форму. В начале тощей кишки ворсинки обычно имеют форму язычка. Дистальнее форма ворсинок становится пальцевидной, их длина уменьшается до 0,5 мм. Расстояние между ворсинками составляет 1-3 мкм. Ворсинки образованы рыхлой соединительной тканью, покрытой эпителием. В толще ворсинок много гладких миоиитов, ретикулярных волокон, лимфоцитов, плазматических клеток, эозинофилов. В центре ворсинок находится лимфатический капилляр (млечный синус), вокруг которого располагаются кровеносные сосуды (капилляры).

С поверхности кишечные ворсинки покрыты однослойным высоким цилиндрическим эпителием, находящимся на базальной мембране. Основную массу эпителиоцитов (около 90 %) составляют столбчатые эпителиоциты с исчерченной щеточной каемкой. Каемка образована микроворсинками апикальной плазматической мембраны. На поверхности микроворсинок расположен гликокаликс, представленный липопротеидами и гликозаминогликанами. Главной функцией столбчатых эпителиоцитов является всасывание. В состав покровного эпителия входит много бокаловидных клеток - одноклеточных желез, секретирующих слизь. В среднем 0,5 % клеток покровного эпителия приходится на эндокринные клетки. В толще эпителия имеются также лимфоциты, проникающие из стромы ворсинок через базальную мембрану.

В просветах между ворсинками на поверхность эпителия всей тонкой кишки открываются кишечные железы (glandulae intestinales), или крипты. В двенадцатиперстной кишке имеются также слизистые дуоденальные (бруннеровы) железы сложной трубчатой формы, расположенные преимущественно в подслизистой основе, где они образуют дольки размерами 0,5-1 мм. Кишечные (либеркюновы) железы тонкой кишки имеют простую трубчатую форму, они занимают место в собственной пластинке слизистой оболочки. Длина трубчатых желез составляет 0,25-0,5 мм, диаметр - 0,07 мм. На площади 1 мм 2 слизистой оболочки тонкой кишки насчитывается 80-100 кишечных желез, их стенки образованы одним слоем эпителиоцитов. Всего в тонкой кишке насчитывается более 150 млн желез (крипт). Среди эпителиальных клеток желез различают столбчатые эпителиоциты с исчерченной каемкой, бокаловидные клетки, кишечные эндокриноциты, бескаемчатые цилиндрические (стволовые) клетки и клетки Панета. Стволовые клетки являются источником регенерации кишечного эпителия. Эндокриноциты вырабатывают серотонин, холецистокинин, секретин и др. Клетки Панета секретируют эрепсин.

Для собственной пластинки слизистой оболочки тонкой кишки характерно большое количество ретикулярных волокон, образующих густую сеть. В собственной пластинке всегда присутствуют лимфоциты, плазматические клетки, эозинофилы, большое количество одиночных лимфоидных узелков (у детей - 3-5 тыс.).

В брыжеечной части тонкой кишки, особенно в подвздошной, имеется 40-80 лимфоидных, или пейеровых, бляшек (noduli lymfoidei aggregati), представляющих собой скопления одиночных лимфоидных узелков, являющихся органами иммунной системы. Бляшки располагаются преимущественно по противобрыжеечному краю кишки, имеют овальную форму.

Мышечная пластинка слизистой оболочки (lamina muscularis mucosae) имеет толщину до 40 мкм. У нее различают внутренний циркулярный и наружный продольный слои. От мышечной пластинки в толщу собственной пластинки слизистой оболочки и в подслизистую основу отходят отдельные гладкие миоциты.

Подслизистая основа (tela submucosa) тонкой кишки образована рыхлой волокнистой соединительной тканью. В ее толще находятся разветвления кровеносных и лимфатических сосудов и нервов, различные клеточные элементы. 6 подслизистой основе двенадцатиперстной кишки расположены секреторные отделы дуоденальных (брунперовых) желез.

Мышечная оболочка (tunica muscularis) тонкой кишки состоит из двух слоев. Внутренний слой (циркулярный) толще наружного (продольного) слоя. Направление пучков миоцитов не является строго циркулярным или продольным, а имеет спиральный ход. В наружном слое витки спирали более растянуты по сравнению с внутренним слоем. Между мышечными слоями в рыхлой соединительной ткани расположены нервное сплетение и сосуды.

Глава 10. Пищеварительная система

Глава 10. Пищеварительная система

Краткий обзор функционирования пищеварительной системы

Пищевые продукты, которые мы потребляем, не могут быть усвоены в таком виде. Для начала пища должна быть обработана механически, переведена в водный раствор и расщеплена химически. Неиспользованные остатки необходимо выводить из организма. Поскольку наш желудочно-кишечный тракт состоит из тех же составляющих, что и пища, то его внутренняя поверхность должна быть защищена от воздействия пищеварительных ферментов. Так как мы принимаем пищу чаще, чем она переваривается и продукты расщепления абсорбируются, а кроме того выведение шлаков осуществляется один раз в день, в желудочно-кишечном тракте должна быть предусмотрена возможность для хранения пищи в течение определенного времени. Координация всех этих процессов осуществляется в первую очередь: (1) автономной или гастроэнтеральной (внутренней) нервной системой (нервные сплетения желудочно-кишечного тракта); (2) приходящими извне нервами вегетативной нервной системы и висцеральными афферентами, а также (3) многочисленными гормонами желудочно-кишечного тракта.

Наконец, тонкий эпителий пищеварительной трубки представляет собой гигантские ворота, через которые в организм могут проникать возбудители болезней. Существует целый ряд специфических и неспецифических механизмов защиты этой границы между внешней средой и внутренним миром организма.

В желудочно-кишечном тракте жидкая внутренняя среда организма и внешняя среда отделены друг от друга лишь очень тонким (20-40 мкм), но огромным по площади слоем эпителия (около 10 м 2), через который могут всасываться необходимые для организма вещества.

Желудочно-кишечный тракт состоит из следующих отделов: рот, глотка, пищевод, желудок, тонкий кишечник, толстый кишечник, прямая кишка и анус. К ним присоединены многочисленные экзокринные железы: слюнные железы

ротовой полости, железы Эбнера, желудочные железы, поджелудочная железа, желчная система печени и крипты тонкого и толстого кишечника.

Моторная активность включает жевание во рту, глотание (глотка и пищевод), размельчение и перемешивание пищи с желудочным соком в дистальном отделе желудка, перемешивание (рот, желудок, тонкий кишечник) с пищеварительными соками, перемещение во всех частях желудочнокишечного тракта и временное хранение (проксимальный отдел желудка, слепая кишка, восходящая часть ободочной кишки, прямая кишка). Время прохождения пищи по каждому из участков желудочно-кишечного тракта представлено на рис. 10-1. Секреция происходит по всей длине пищеварительного тракта. С одной стороны, секреты служат смазывающими и защитными пленками, а с другой стороны, содержат ферменты и другие вещества, обеспечивающие переваривание. Секреция подразумевает транспорт солей и воды из интерстициума в просвет желудочно-кишечного тракта, а также синтез белков в секреторных клетках эпителия и их транспорт через апикальную (люминальную) плазматическую мембрану в просвет пищеварительной трубки. Хотя секреция и может происходить спонтанно, большая часть железистой ткани находится под контролем нервной системы и гормонов.

Переваривание (ферментативный гидролиз белков, жиров и углеводов), происходящее во рту, желудке и тонком кишечнике является одной из основных функций пищеварительного тракта. В его основе лежит работа ферментов.

Реабсорбция (или в русском варианте всасывание) подразумевает транспорт солей, воды и органических веществ (например, глюкозы и аминокислот из просвета желудочно-кишечного тракта в кровь). В отличие от секреции, размеры реабсорбции определяются, скорее, предложением реабсорбируемых веществ. Реабсорбция ограничена определенными участками пищеварительного тракта: тонкий кишечник (питательные вещества, ионы и вода) и толстый кишечник (ионы и вода).

Рис. 10-1. Желудочно-кишечный тракт: общая схема строения и время прохождения пищи.

Пища обрабатывается механически, перемешивается с пищеварительными соками и расщепляется химически. Продукты расщепления, а также вода, электролиты, витамины и микроэлементы реабсорбируются. Железы выделяют слизь, ферменты, ионы H + и HCO 3 - . Печень поставляет желчь, необходимую для переваривания жиров, а также содержит продукты, подлежащие выведению из организма. Во всех отделах желудочно-кишечного тракта происходит продвижение содержимого в проксимально-дистальном направлении, при этом промежуточные места хранения делают возможным дискретный прием пищи и опорожнение кишечного тракта. Время опорожнения имеет индивидуальные особенности и зависит прежде всего от состава пищи

Функции и состав слюны

Слюна образуется в трех больших парных слюнных железах: околоушных (Glandula parotis), подчелюстных (Glandula submandibularis) и подъязычных (Glandula sublingualis). Кроме того, желез, продуцирующих слизь, много в слизистых оболочках щек, нёба и глотки. Серозную жидкость выделяют также железы Эбнера, расположенные в основании языка.

В первую очередь слюна необходима для ощущения вкусовых стимулов, для сосания (у новорожденных), для гигиены полости рта и для смачивания твердых кусков пищи (при подготовке их к проглатыванию). Пищеварительные ферменты слюны необходимы, кроме того, для удаления остатков пищи из полости рта.

Функции слюны человека следующие: (1) растворитель для питательных веществ, которые лишь в растворенном виде могут быть восприняты вкусовыми рецепторами. Кроме того, слюна содержит муцины - смазывающие вещества, - которые облегчают пережевывание и проглатывание твердых частиц пищи. (2) Увлажняет ротовую полость и препятствует распространению возбудителей инфекций, за счет содержания лизоцима, пероксидазы и иммуноглобулина A (IgA), т.е. веществ, обладающих неспецифическими или, в случает с IgA, специфическими антибактериальными и противовирусными свойствами. (3) Содержит пищеварительные ферменты. (4) Содержит различные факторы роста, такие как NGF (nerve growth factor) и EGF (epidermal growth factor). (5) Младенцам слюна необходима для плотного присасывания губ к соску.

Она имеет слегка щелочную реакцию. Осмоляльность слюны зависит от скорости протекания слюны по протокам слюнных желез (рис. 10-2 А).

Слюна образуется в два этапа (рис. 10-2 Б). Сначала дольки слюнных желез производят изотоничную первичную слюну, которая вторично модифицируется во время прохождения по выводящим протокам железы. Na + и Cl - реабсорбируются, а K+ и бикарбонат секретируются. Обычно реабсорбируется больше ионов, чем выделяется, поэтому слюна становится гипотоничной.

Первичная слюна возникает в результате секреции. В большинстве слюнных желез белок-переносчик, обеспечивающий перенос в клетку Na+-K+-2Cl - (котранспорт), встроен в базолатеральную мемб-

рану клеток ацинуса. С помощью данного белкапереносчика обеспечивается вторично-активное накопление в клетке ионов Cl - , которые затем пассивно выходят в просвет протоков железы.

На втором этапе в выводящих протоках из слюны реабсорбируются Na+ и Cl - . Поскольку эпителий протока сравнительно непроницаем для воды, слюна в нем становится гипотоничной. Одновременно (небольшие количества) K+ и HCO 3 - выделяются эпителием протока в его просвет. По сравнению с плазмой крови слюна бедна ионами Na+ и Cl - , но богата ионами K + и HCO 3 - . При большой скорости течения слюны транспортные механизмы выводящих протоков не справляются с нагрузкой, поэтому концентрация K + падает, а NaCl - возрастает (рис. 10-2). Концентрация HCO 3 - практически не зависит от скорости течения слюны по протокам желез.

Ферменты слюны - (1) α-амилаза (называемая также птиалин). Этот фермент выделяется почти исключительно околоушной слюнной железой. (2) Неспецифические липазы, которые выделяются железами Эбнера, расположенными в основании языка, особенно важны для младенца, поскольку они могут переваривать жир молока уже в желудке благодаря ферменту слюны, проглоченному одновременно с молоком.

Выделение слюны регулируется исключительно ЦНС. Стимуляция ее обеспечивается рефлекторно под влиянием запаха и вкуса пищи. Все большие слюнные железы человека иннервируются как симпатической, так и парасимпатической нервной системой. В зависимости от количеств медиаторов, ацетилхолина (M 1 -холинорецепторы) и норадреналина (β 2 -адренорецепторы), состав слюны меняется вблизи клеток ацинуса. У человека симпатические волокна вызывают секрецию более тягучей слюны, бедной водой, чем при стимуляции парасимпатической системы. Физиологический смысл такой двойной иннервации, а также различия в составе слюны пока не известны. Ацетилхолин кроме того вызывает (через M 3 -холинорецепторы) сокращение миоэпителиальных клеток вокруг ацинуса (рис. 10-2 В), в результате чего содержимое ацинуса выдавливается в проток железы. Также ацетилхолин способствует образованию калликреинов, которые высвобождают брадикинин из кининогена плазмы крови. Брадикинин обладает сосудорасширяющим действием. Расширение сосудов усиливает выделение слюны.

Рис. 10-2. Слюна и ее образование.

А - осмоляльность и состав слюны зависят от скорости тока слюны. Б - два этапа образования слюны. В - миоэпителиальные клетки в слюнной железе. Можно предположить, что миоэпителиальные клетки предохраняют дольки от расширения и разрыва, которые могут быть вызнаны высоким давлением в них в результате секреции. В системе протока они могут выполнять функцию, направленную на сокращение или на расширение просвета протока

Желудок

Стенка желудка, показанная на его срезе (рис. 10-3 Б) образована четырьмя оболочками: слизистой, подслизистой, мышечной, серозной. Слизистая оболочка образует продольные складки и состоит из трех слоев: эпителиального слоя, собственной пластинки, мышечной пластинки. Рассмотрим все оболочки и слои.

Эпителиальный слой слизистой оболочки представлен однослойным цилиндрическим железистым эпителием. Он образован железистыми эпителиоцитами - мукоцитами, секретирующими слизь. Слизь формирует непрерывный слой толщиной до 0,5 мкм, являясь важным фактором защиты слизистой желудка.

Собственная пластинка слизистой оболочки образована рыхлой волокнистой соединительной тканью. В ней находятся мелкие кровеносные и лимфатические сосуды, нервные стволы, лимфоидные узлы. Основными структурами собственной пластинки являются железы.

Мышечная пластинка слизистой оболочки состоит из трех слоев гладкой мышечной ткани: внутреннего и наружного циркулярных; среднего продольного.

Подслизистая оболочка образована рыхлой волокнистой неоформленной соединительной тканью, содержит артериальное и венозное сплетения, ганглии подслизистого нервного сплетения Мейснера. В некоторых случаях здесь могут располагаться крупные лимфоидные фолликулы.

Мышечная оболочка образована тремя слоями гладкой мышечной ткани: внутренний косой, средний циркулярный, наружный продольный. В пилорическом отделе желудка циркулярный слой достигает максимального развития, формируя пилорический сфинктер.

Серозная оболочка образована двумя слоями: слоем рыхлой волокнистой неоформленной соединительной ткани и лежащим на нем мезотелием.

Все железы желудка, которые являются основными структурами собственной пластинки - простые трубчатые железы. Они открываются в желудочные ямки и состоят из трех частей: дна, тела и шейки (рис. 10-3 В). В зависимости от локализации железы делятся на кардиальные, главные (или фундальные) и пилоричекие. Строение и клеточный состав этих желез неодинаковы. В количественном отношении преобладают главные железы. Они являются наиболее слаборазветвленными из всех желез желудка. На рис. 10-3 В представлена простая трубчатая железа тела желудка. Клеточный состав этих желез включает (1) поверхностные эпителиальные клетки, (2) слизистые клетки шейки железы (или добавочные), (3) регенеративные клетки,

(4)париетальные клетки (или обкладочные клетки),

(5)главные клетки и (6) эндокринные клетки. Таким образом, основная поверхность желудка покрыта однослойным высокопризматическим эпителием, который прерывается многочисленными ямками - местами выхода протоков желез желудка (рис. 10-3 Б).

Артерии, проходят через серозную и мышечную оболочки, отдавая им мелкие ветви, распадающиеся до капилляров. Основные стволы образуют сплетения. Самое мощное сплетение - подслизистое. От него отходят мелкие артерии в собственную пластинку, где образуют слизистое сплетение. От последнего отходят капилляры, оплетающие железы и питающие покровный эпителий. Капилляры сливаются в крупные звездчатые вены. Вены образуют сплетение слизистой оболочки, а затем подслизистое венозное сплетение

(рис. 10-3 Б).

Лимфатическая система желудка берет начало от слепо начинающихся прямо под эпителием и вокруг желез лимфокапилляров слизистой оболочки. Капилляры сливаются в подслизистое лимфатическое сплетение. Отходящие от него лимфатические сосуды проходят мышечную оболочку, принимая в себя сосуды из лежащих между мышечными слоями сплетений.

Рис. 10-3. Анатомические и функциональные отделы желудка.

А - функционально желудок разделяют на проксимальный отдел (тоническое сокращение: функция хранения пищи) и дистальный отдел (функция перемешивания и переработки). Перистальтические волны дистального отдела желудка начинаются в области желудка, содержащей клетки гладкой мускулатуры, мембранный потенциал которых колеблется с наибольшей частотой. Клетки этой области являются водителями ритма желудка. Схема анатомического строения желудка, к которому подходит пищевод, представлена на рис. 10-3 А. Желудок включает в себя несколько отделов - кардиальный отдел желудка, дно желудка, тело желудка с пейсмейкерной зоной, антральный отдел желудка, привратник. Далее начинается двенадцатиперстная кишка. Желудок можно также разделить на проксимальный отдел желудка и дистальный отдел желудка. Б - разрез стенки желудка. В - трубчатая железа тела желудка

Клетки трубчатой железы желудка

На рис. 10-4 Б показана трубчатая железа тела желудка, а на вставке (рис. 10-4 А) вынесены ее слои, обозначенные на панели. Рис. 10-4 Б демонстрирует клетки, входящие в состав простой трубчатой железы тела желудка. Среди этих клеток мы уделяем внимание основным, играющим выраженную роль в физиологии желудка. Это, прежде всего, париетальные клетки, или обкладочные клетки (рис. 10-4 В). Основная роль этих клеток - выделение соляной кислоты.

Активированные обкладочные клетки выделяют большие количества изотоничной жидкости, которая содержит соляную кислоту в концентрации до 150 ммоль; активация сопровождается выраженными морфологическими изменениями обкладочных клеток (рис. 10-4 В). Слабо активированная клетка обладает сетью узких, разветвленных канальцев (диаметр просвета - около 1 мкм), которые открываются в просвет железы. Кроме того, в слое цитоплазмы, граничащем с просветом канальца, наблюдается большое количество тубуловезикул. В мембрану тубуловезикул встроены K + /H + -ATФаза и ионные K + - и Cl - - каналы. При сильной активации клетки тубуловезикулы встраиваются в мембрану канальцев. Таким образом значительно увеличивается поверхность мембраны канальцев и в нее встраиваются необходимые для секреции HCl транспортные белки (K + /H + -ATФаза) и ионные каналы для K + и Cl - (рис. 10-4 Г). При снижении уровня активации клетки тубуловезикулярная мембрана отщепляется от мембраны канальца и сохраняется в везикулах.

Механизм HCl-секреции сам по себе необычен (рис. 10-4 Г), поскольку он осуществляется H + -(и K +)-транспортирующей ATФазой в люминальной (канальцевой) мембране, а не так как это часто встречается во всем организме - с помощью Na + /K + -ATФазы базолатеральной мембраны. Na + /K + -ATФаза обкладочных клеток обеспечивает постоянство внутренней среды клетки: в частности, способствует клеточному накоплению K + .

Соляная кислота нейтрализуется, так называемыми, антацидами. Кроме того секреция HCl может затормаживаться за счет блокады ранитидином H 2 -рецепторов (Histamine 2 -receptors) обкладочных клеток или торможения активности H + /K + -ATФазы омепразолом.

Главные клетки выделяют эндопептидазы. Пепсин - протеолитический фермент - выделяется главными клетками желез желудка человека в неактивной форме (пепсиноген). Активация пепсиногена осуществляется аутокаталитически: вначале от молекулы пепсиногена в присутствии соляной кислоты (pH<3) отщепляется пептидная цепочка длиной около 45 аминокислот и образуется активный пепсин, который способствует активации других молекул. Активация пепсиногена поддерживает стимуляцию обкладочных клеток, выделяющих HCl. Встречающийся в желудочном соке маленького ребенка гастриксин (= пепсин C) соответствует лабферменту (химозин, реннин) теленка. Он расщепляет определенную молекулярную связь между фенилаланином и метионинон (Phe-Met-связь) в казеиногене (растворимый белок молока), благодаря чему этот белок превращается в нерастворимый, но лучше перевариваемый казеин («свертывание» молока).

Рис. 10-4. Клеточное строение простой трубчатой железы тела желудка и функции основных клеток, определяющих ее строение.

А - трубчатая железа тела желудка. Обычно 5-7 таких желез вливается в ямку на поверхности слизистой оболочки желудка. Б - клетки, входящие в состав простой трубчатой железы тела желудка. В - обкладочные клетки в покое (1) и при активации (2). Г - секреция HCl обкладочными клетками. В секреции HCl можно обнаружить два компонента: первый компонент (не подвержен стимуляции) связан с активностью Na + /К+-АТФазы, локализованной в базолатеральной мембране; второй компонент (подвержен стимуляции) обеспечивается Н + /К + -АТФазой. 1. Na + /К + -АТФаза поддерживает в клетке высокую концентрацию ионов К + , которые могут выходить из клетки через каналы в полость желудка. Одновременно Na + /К + -АТФаза способствует выведению Na + из клетки, который накапливается в клетке в результате работы белка-переносчика, обеспечивающего по механизму вторичного активного транспорта обмен Na + /H + (антипорт). На каждый выведенный ион Н + в клетке остается один OH-ион, который взаимодействует с CO 2 с образованием HCO 3 - . Катализатором этой реакции является карбоангидраза. HCO 3 - выходит из клетки через базолатеральную мембрану в обмен на Cl - , который затем секретируется в полость желудка (через Cl - -каналы апикальной мембраны). 2. На люминальной мембране H + / К + -АТФаза обеспечивает обмен ионов К + на ионы H + , которые выходят в полость желудка, которая обогащается HCl. На каждый выделенный ион H + и в данном случае с противоположной стороны (через базолатеральную мембрану) клетку покидает один анион HCO 3 - . Ионы К+ накапливаются в клетке, выходят в полость желудка через К + -каналы апикальной мембры и затем снова попадают в клетку в результате работы Н + /К + -АТФазы (циркуляция К + через апикальную мембрану)

Защита от самопереваривания стенки желудка

Целостности эпителия желудка прежде всего угрожает протеолитическое действие пепсина в присутствии соляной кислоты. От такого самопереваривания желудок защищает толстый слой тягучей слизи, которая выделяется эпителием стенки желудка, добавочными клетками желез дна и тела желудка, а также кардиальными и пилорическими железами (рис. 10-5 А). Хотя пепсин и может расщеплять муцины слизи в присутствии соляной кислоты, большей частью это ограничивается самым верхним слоем слизи, поскольку более глубокие слои содержат бикарбонат, кото-

рый выделяется клетками эпителия и способствует нейтрализации соляной кислоты. Таким образом, через слой слизи существует Н + -градиент: от более кислого в полости желудка до щелочного на поверхности эпителия (рис. 10-5 Б).

Повреждение эпителия желудка необязательно ведет к серьезным последствиям при условии, что дефект будет быстро устранен. В действительности, такие повреждения эпителия встречаются достаточно часто; однако они быстро устраняются за счет того, что соседние клетки распластываются, мигрируют в боковом направлении и закрывают дефект. Вслед за этим встраиваются новые клетки, образующиеся в результате митотического деления.

Рис. 10-5. Самозащита стенки желудка от переваривания благодаря секреции слизи и бикарбоната

Структура стенки тонкой кишки

Тонкий кишечник состоит из трех отделов - двенадцатиперстной, тощей и подвздошной кишок.

Стенка тонких кишок состоит из различных слоев (рис. 10-6). В целом, снаружи под серозной оболочкой проходит внешняя мышечная оболочка, которая состоит из наружного продольного мышечного слоя и внутреннего кольцевого мышечного слоя, и самым внутренним является мышечная пластинка слизистой оболочки, которая отделяет субмукозный слой от мукозного. пучки gap junctions)

Мышцы внешнего слоя продольной мускулатуры обеспечивают сокращение стенки кишечника. В результате стенка кишечника смещается относительно химуса (пищевой кашицы), что способствует лучшему перемешиванию химуса с пищеварительными соками. Кольцевая мускулатура сужает просвет кишечника, а мышечная пластинка слизистой оболочки (Lamina muscularis mucosae) обеспечивает движение ворсинок. Нервную систему желудочнокишечного тракта (гастроэнтеральную нервную систему) образуют два нервных сплетения: межмышечное нервное сплетение и подслизистое нервное сплетение. ЦНС способна оказывать влияние на работу нервной системы желудочно-кишечного тракта через симпатические и парасимпатические нервы, которые подходят к нервным сплетениям пищевой трубки. В нервных сплетениях начинаются афферентные висцеральные волокна, которые

передают нервные импульсы в ЦНС. (Подобное устройство стенки наблюдается также в пищеводе, желудке, толстом кишечнике и прямой кишке). Для ускорения реабсорбции поверхность слизистой оболочки тонкого кишечника увеличена за счет складок, ворсинок и щеточной каемки.

Внутренняя поверхность тонкой кишки имеет характерный рельеф благодаря наличию ряда образований - циркулярных складок Керкринга, ворсинок и крипт (кишечные железы Либеркюна). Эти структуры увеличивают общую поверхность тонкого кишечника, что способствует выполнению его основных функций пищеварения. Кишечные ворсинки и крипты являются основными структурно-функциональными единицами слизистой оболочки тонкого кишечника.

Слизистая (или мукозная оболочка) состоит из трех слоев - эпителиального, собственной пластинки и мышечной пластинки слизистой оболочки (рис. 10-6 А). Эпителиальный слой представлен однослойным цилиндрическим каемчатым эпителием. В ворсинках и криптах он представлен разными видами клеток. Эпителий ворсинок составлен четырьмя типами клеток - главными клетками, бокаловидными клетками, эндокринными клетками и клетками Панета. Эпителий крипт - пять видов

(рис. 10-6 В, Г).

У каемчатых энтероцитов

Бокаловидные энтероциты

Рис. 10-6. Строение стенки тонкого кишечника.

А - строение двенадцатиперстной кишки. Б - строение большого сосочка двенадцатиперстной кишки:

1. Большой сосочек двенадцатиперстной кишки. 2. Ампула протока. 3. Сфинктеры протоков. 4. Панкреатический проток. 5. Общий желчный проток. В - строение различных отделов тонкой кишки: 6. Железы двенадцатиперстной кишки (Бруннеровы железы). 7. Серозная оболочка. 8. Наружный продольный и внутренний круговой слои мышечной оболочки. 9. Подслизистая основа. 10. Слизистая оболочка.

11. Собственная пластинка слизистой оболочки с гладкими мышечными клетками. 12. Групповые лимфоидные узелки (лимфоидные бляшки, Пейеровы бляшки). 13. Ворсинки. 14. Складки. Г - строение стенки тонкой кишки: 15. Ворсинки. 16. Круговая складка. Д - ворсинки и крипты слизистой оболочки тонкой кишки: 17. Слизистая оболочка. 18. Собственная пластинка слизистой оболочки с гладкими мышечными клетками. 19. Подслизистая основа. 20. Наружный продольный и внутренний круговой слои мышечной оболочки. 21. Серозная оболочка. 22. Ворсинки. 23. Центральный млечный синус. 24. Одиночный лимфоидный узелок. 25. Кишечная железа (Либеркюнова железа). 26. Лимфатический сосуд. 27. Подслизистое нервное сплетение. 28. Внутренний круговой слой мышечной оболочки. 29. Мышечное нервное сплетение. 30. Наружный продольный слой мышечной оболочки. 31. Артерия (красного цвета) и вена (синего цвета) подслизистого слоя

Функциональная морфология слизистой оболочки тонкого кишечника

Три отдела тонкой кишки имеют следующие различия: у двенадцатиперстной кишки имеются большие сосочки - дуоденальные железы, различна высота ворсинок, которая нарастает от двенадцатиперстной кишки к подвздошной, различна их ширина (более широкие - в двенадцатиперстной кишке), и количество (наибольшее количество в двенадцатиперстной кишке). Эти отличия показаны на рис. 10-7 Б. Далее, в подвздошной кишке находятся групповые лимфоидные фолликулы (пейеровы бляшки). Но они иногда могут обнаруживаться и в двенадцатиперстной кишке.

Ворсинки - пальцевидные выпячивания слизистой оболочки в просвет кишечника. Они содержат кровеносные и лимфатические капилляры. Ворсинки способны активно сокращаться за счет компонентов мышечной пластинки. Это способствует всасыванию химуса (насосная функция ворсинки).

Складки Керкринга (рис. 10-7 Г) образуются за счет выпячивания слизистой и подслизистой оболочек в просвет кишки.

Крипты - это углубления эпителия в собственную пластинку слизистой. Их часто расценивают как железы (железы Либеркюна) (рис. 10-7 В).

Тонкий кишечник является главным местом переваривания и реабсорбции. Большинство встречающихся в просвете кишечника ферментов синтезируется в поджелудочной железе. Сам тонкий кишечник выделяет около 3 л богатой муцинами жидкости.

Для слизистой кишечника характерно наличие кишечных ворсинок (Villi intestinalis), которые увеличивают поверхность слизистой оболочки в 7-14 раз. Эпителий ворсинок переходит в секреторные крипты Либеркюна. Крипты лежат у основания ворсинок и открываются в направлении просвета кишечника. Наконец, каждая эпителиальная клетка на апикальной мембране несет щеточную каемку (микроворсинки), кото-

рая увеличивает поверхность слизистой оболочки кишечника в 15-40 раз.

Митотическое деление происходит в глубине крипт; дочерние клетки мигрируют к вершине ворсинки. Все клетки, за исключением клеток Панета (обеспечивающих антибактериальную защиту), принимают участие в этой миграции. Весь эпителий полностью обновляется в течении 5-6 дней.

Эпителий тонкого кишечника покрыт слоем гелеобразной слизи, которая образуется бокаловидными клетками крипт и ворсинок. Когда открывается сфинктер привратника, выход химуса в двенадцатиперстную кишку запускает повышенную секрецию слизи железами Бруннера. Переход химуса в двенадцатиперстную кишку вызывает выделение в кровь гормонов секретина и холецистокинина. Секретин запускает в эпителии протока поджелудочной железы секрецию щелочного сока, что необходимо также для защиты слизистой оболочки двенадцатиперстной кишки от агрессивного сока желудка.

Около 95% эпителия ворсинок заняты столбообразными главными клетками. Хотя их главной задачей является реабсорбция, они представляют собой важнейшие источники пищеварительных ферментов, которые локализованы либо в цитоплазме (амино- и дипептидазы) или в мембране щеточной каемки: лактаза, сахараза-изомальтаза, амино- и эндопептидазы. Эти ферменты щеточной каемки являются интегральными белками мембраны, причем часть их полипептидной цепочки вместе с каталитическим центром направлена в просвет кишечника, поэтому ферменты могут подвергать гидролизу вещества в полости пищеварительной трубки. Их секреция в просвет в данном случае оказывается не нужной (пристеночное пищеварение). Цитозольные ферменты эпителиальных клеток принимают участие в процессах переваривания, когда они расщепляют реабсорбированные клеткой белки (внутриклеточное пищеварение), или когда содержащие их клетки эпителия гибнут, отторгаются в просвет и там разрушаются, выделяя ферменты (полостное пищеварение).

Рис. 10-7. Гистология различных отделов тонкой кишки - двенадцатиперстной, тощей и подвздошной кишок.

А - ворсинки и крипты слизистой оболочки тонкой кишки: 1. Слизистая оболочка. 2. Собственная пластинка слизистой оболочки с гладкими мышечными клетками. 3. Подслизистая основа. 4. Наружный продольный и внутренний круговой слои мышечной оболочки. 5. Серозная оболочка. 6. Ворсинки. 7. Центральный млечный синус. 8. Одиночный лимфоидный узелок. 9. Кишечная железа (Либеркюнова железа). 10. Лимфатический сосуд. 11. Подслизистое нервное сплетение. 12. Внутренний круговой слой мышечной оболочки. 13. Мышечное нервное сплетение. 14. Наружный продольный слой мышечной оболочки.

15. Артерия (красного цвета) и вена (синего цвета) подслизистого слоя. Б, В - строение ворсинки:

16. Бокаловидная клетка (одноклеточная железа). 17. Клетки призматического эпителия. 18. Нервное волокно. 19. Центральный млечный синус. 20. Микрогемациркуляторное русло ворсинки, сеть кровеносных капилляров. 21. Собственная пластинка слизистой оболочки. 22. Лимфатический сосуд. 23. Венула. 24. Артериола

Тонкая кишка

Слизистая (или мукозная оболочка) состоит из трех слоев - эпителиального, собственной пластинки и мышечной пластинки слизистой оболочки (рис. 10-8). Эпителиальный слой представлен однослойным цилиндрическим каемчатым эпителием. Эпителий содержит пять основных популяций клеток: столбчатые эпителиоциты, бокаловидные экзокриноциты, клетки Панета, или экзокриноциты с ацидофильными гранулами, эндокриноциты или К-клетки (клетки Кульчицкого), а также M-клетки (с микроскладками), являющиеся модификацией столбчатых эпителиоцитов.

Эпителием покрыты ворсинки и соседствующие с ними крипты. Он большей частью состоит из реабсорбирующих клеток, которые на люминальной мембране несут щеточную каемку. Между ними разбросаны бокаловидные клетки, образующие слизь, а также клетки Панета и различные эндокринные клетки. Клетки эпителия образуются в результате деления эпителия крипт,

откуда они мигрируют 1-2 дня в направлении кончика ворсинки и там отторгаются.

В ворсинках и криптах он представлен разными видами клеток. Эпителий ворсинок составлен четырьмя типами клеток - главными клетками, бокаловидными клетками, эндокринными клетками и клетками Панета. Эпителий крипт - пять видов.

Основной вид клеток эпителия ворсинок - каемчатые энтероциты. У каемчатых энтероцитов

эпителия ворсинок мембрана формирует микроворсинки, покрытые гликокаликсом, а он адсорбирует ферменты, участвующие в пристеночном пищеварении. За счет микроворсинок поверхность всасывания увеличивается в 40 раз.

М-клетки (клетки с микроскладками) являются разновидностью энтероцитов.

Бокаловидные энтероциты эпителия ворсинок - одноклеточные слизистые железы. Они вырабатывают углеводно-протеидные комплексы - муцины, выполняющие защитную функцию и способствующие продвижению компонентов пищи в кишечнике.

Рис. 10-8. Морфогистологическое строение ворсинки и крипты тонкого кишечника

Толстая кишка

Толстая кишка состоит из слизистой, подслизистой, мышечной и серозной оболочек.

Слизистая оболочка формирует рельеф толстой кишки - складки и крипты. Ворсинки в толстой кишке отсутствуют. Эпителий слизистой оболочки однослойный цилиндрический каемчатый, и содержит те же клетки, что и эпителий крипт тонкой кишки - каемчатые, бокаловидные эндокринные, бескаемчатые, клетки Панета (рис. 10-9).

Подслизистая оболочка образована рыхлой волокнистой соединительной тканью.

Мышечная оболочка имеет два слоя. Внутренний циркулярный слой и наружный продольный слой. Продольный слой не сплошной, а образует

три продольные ленты. Они короче кишки и поэтому кишка собрана в «гармошку».

Серозная оболочка состоит из рыхлой волокнистой соединительной ткани и мезотелия и имеет выпячивания, содержащие жировую ткань.

Основные отличия стенки толстой кишки (рис. 10-9) от тонкой (рис. 10-8) - это: 1) отсутствие в рельефе слизистой оболочки ворсинок. Причем крипты имеют большую, чем в тонкой кишке, глубину; 2) наличие в эпителии большого числа бокаловидных клеток и лимфоцитов; 3) наличие большого числа одиночных лимфоидных узелков и отсутствие пейеровых бляшек в собственной пластинке; 4) продольный слой не сплошной, а формирует три ленты; 5) наличие выпячиваний; 6) наличие жировых привесок в серозной оболочке.

Рис. 10-9. Морфогистологическое строение толстого кишечника

Электрическая активность мышечных клеток желудка и кишечника

Гладкая мускулатура кишечника состоит из маленьких, веретенообразных клеток, формирующих пучки и образующих поперечные связи с соседними пучками. Внутри одного пучка клетки соединены друг с другом как механически, так и электрически. Благодаря таким электрическим контактам потенциалы действия распространяются (через межклеточные щелевые контакты: gap junctions) на весь пучок (а не лишь на отдельные мышечные клетки).

Для мышечных клеток антрального отдела желудка и кишечника обычно характерны ритмические колебания мембранного потенциала (медленные волны) амплитудой 10-20 мВ и частотой 3-15/мин (рис. 10-10). В момент возникновения медленных волн мышечные пучки частично сокращены, поэтому стенка этих отделов желудочно-кишечного тракта находится в тонусе; это происходит при отсутствии потенциалов действия. Когда мембранный потенциал достигает порогового значения и превышает его, происходит генерация потенциалов действия, следующих с небольшим интервалом друг за другом (последовательность спайков). Генерация потенциалов действия обусловлена Са 2+ -током (Са 2+ -каналов L-типа). Возрастание концентрации Са 2+ в цитозоле запускает фазические сокращения, которые особенно выражены в дистальном отделе желудка. Если величина мембранного потенциала покоя приближается к величине порогового потенциала (однако не достигает его; мембранный потенциал покоя сдвигается в сторону деполяризации), то потенциал медленных колебаний начинает

регулярно превышать пороговое значение потенциала. В этом случае наблюдается периодичность в возникновении последовательностей спайков. Гладкая мускулатура сокращается каждый раз, когда генерируется последовательность спайков. Частота ритмических сокращений соответствует частоте медленных колебаний мембранного потенциала. Если же мембранный потенциал покоя клеток гладкой мускулатуры еще больше приближается к пороговому потенциалу, то возрастает длительность последовательностей спайков. Развивается спазм гладкой мускулатуры. Если же мембранный потенциал покоя сдвигается в сторону более отрицательных значений (в сторону гиперполяризации), то спайковая активность прекращается, а с ней прекращаются и ритмические сокращения. Если же мембрана гиперполяризуется еще больше, то снижается амплитуда медленных волн и мышечный тонус, что в конце концов ведет к параличу гладких мышц (атонии). За счет каких ионных токов возникают колебания мембранного потенциала пока не ясно; очевидно одно, что нервная система не оказывает влияния на колебания мембранного потенциала. Клетки каждого пучка мускулатуры обладают одной, лишь им свойственной частотой медленных волн. Поскольку соседние пучки соединены друг с другом посредством электрических межклеточных контактов, то пучок с более высокой частотой волн (водитель ритма) будет навязывать эту частоту соседнему пучку с более низкой частотой. Тоническое сокращение гладкой мускулатуры например, проксимального отдела желудка, обусловлено открыванием Са 2+ -каналов другого типа, которые являются хемозависимыми, а не потенциалзависимыми.

Рис. 10-10. Мембранный потенциал клеток гладкой мускулатуры желудочно-кишечного тракта.

1. До тех пор, пока волнообразно колеблющийся мембранный потенциал клеток гладкой мускулатуры (частота колебаний: 10 мин -1) остается ниже величины порогового потенциала (40 мВ), потенциалы действия (спайки) отсутствуют. 2. При вызванной (например, растяжением или ацетилхолином) деполяризации последовательность спайков генерируется каждый раз, когда пик волны мембранного потенциала превышает величину порогового потенциала. За такими последовательностями спайков следуют ритмические сокращения гладкой мускулатуры. 3. Спайки генерируются непрерывно, если минимальные значения колебаний мембранного потенциала лежат выше порогового значения. Развивается длительное сокращение. 4. Потенциалы действия не генерируются при сильных сдвигах мембранного потенциала в сторону деполяризации. 5. Гиперполяризация мембранного потенциала вызывает затухание медленных колебаний потенциала, и гладкая мускулатура полностью расслабляется: атония

Рефлексы гастроэнтеральной нервной системы

Часть рефлексов желудочно-кишечного тракта является собственными гастроэнтеральными (локальными) рефлексами, при которых сенсорный чувствительный афферентный нейрон активирует клетку нервного сплетения, иннервирующую расположенные рядом с ней клетки гладких мышц. Воздействие на гладкомышечные клетки может быть возбуждающим или тормозным в зависимости от того, какой тип нейрона сплетения оказывается активированным (рис. 10-11 2, 3). Осуществление других рефлексов вовлекает моторные нейроны, расположенные проксимальнее или дистальнее места стимуляции. При перистальтическом рефлексе (например, в результате растяжения стенки пищеварительной трубки) возбуждается сенсорный нейрон

(рис. 10-11 1), который через тормозной интернейрон оказывает тормозное действие на продольную мускулатуру отделов пищеварительной трубки, лежащих проксимальнее, и растормаживающее действие на кольцевую мускулатуру (рис. 10-11 4). Одновременно дистальнее через возбуждающий интернейрон активируется продольная мускулатура (происходит укорачивание пищевой трубки), а кольцевая мускулатура расслабляется (рис. 10-11 5). При перистальтическом рефлексе запускается сложная серия моторных событий, вызванная растяжением мышечной стенки пищеварительной трубки (например, пищевода; рис. 10-11).

Передвижение пищевого комка смещает место активации рефлекса дистальнее, что вновь перемещает пищевой комок, результатом чего является практически непрерывный транспорт в дистальном направлении.

Рис. 10-11. Рефлекторные дуги рефлексов гастроэнтеральной нервной системы.

Возбуждение афферентного нейрона (светло-зеленый) за счет химического или, как показано на картинке (1), механического стимула (растяжение стенки пищевой трубки за счет пищевого комка) активирует в простейшем случае только один возбуждающий (2) или только один тормозный моторный либо секреторный нейрон (3). Рефлексы гастроэнтеральной нервной системы протекают все же обычно по более сложным схемам переключения. При перистальтическом рефлексе, например, нейрон, который возбуждается при растяжении (светло-зеленый), возбуждает в восходящем направлении (4) тормозный интернейрон (фиолетовый), который в свою очередь затормаживает возбуждающий мотонейрон (темнозеленый), иннервирующий продольную мускулатуру, и снимает торможение с тормозного мотонейрона (красный) кольцевой мускулатуры (сокращение). Одновременно в нисходящем направлении (5) активируется возбуждающий интернейрон (синий), который через возбуждающие или, соответственно, тормозящие мотонейроны в лежащей дистальнее части кишечника вызывает сокращение продольной мускулатуры и расслабление кольцевой мускулатуры

Парасимпатическая иннервация желудочно-кишечного тракта

Иннервация желудочно-кишечного тракта осуществляется с помощью вегетативной нервной системы (парасимпатическая (рис. 10-12) и симпатическая иннервация - эфферентные нервы), а также висцеральных афферентов (афферентная иннервация). Парасимпатические преганглионарные волокна, иннервирующие большую часть пищеварительного тракта, приходят в составе блуждающих нервов (N. vagus) из продолговатого мозга и в составе тазовых нервов (Nn. pelvici) из крестцового отдела спинного мозга. Парасимпатическая система посылает волокна к возбуждающим (холинергическим) и тормозным (пептидергическим) клеткам межмышечного нервного сплетения. Преганглионарные симпатические волокна начинаются от клеток, лежащих в боковых рогах грудинно-поясничного отдела спинного мозга. Их аксоны иннервируют кровеносные сосуды кишечника или подходят к клеткам нервных сплетений, оказывая тормозное действие на их возбуждающие нейроны. Висцеральные афференты, начинающиеся в стенке желудочно-кишечного тракта проходят в составе блуждающих нервов (N. vagus), в составе внутренностных нервов (Nn. splanchnici) и тазовых нервов (Nn. pelvici) к продолговатому мозгу, симпатическим ганглиям и к спинному мозгу. При участии симпатической и парасимпатической нервных систем протекает множество рефлексов желудочно-кишечного тракта, включая рефлекс расширения при наполнении и парез кишечника.

Хотя рефлекторные акты, осуществляемые нервными сплетениями желудочно-кишечного, тракта могут протекать независимо от влияния центральной нервной системы (ЦНС), однако они находятся под контролем ЦНС, что обеспечивает определенные преимущества: (1) расположенные далеко друг от друга части пищеварительного тракта могут быстро обмениваться информацией через ЦНС и тем самым координировать собственные функции, (2) функции пищеварительного тракта могут быть подчинены более важным интересам организма, (3) информация из желудочнокишечного тракта может быть интегрирована на разных уровнях головного мозга; что, например в случае болей в животе, может даже вызывать осознанные ощущения.

Иннервация желудочно-кишечного тракта обеспечивается вегетативными нервами: парасимпатическими и симпатическими волокнами и, кроме того, афферентными волокнами, так называемые висцеральные афференты.

Парасимаптические нервы желудочно-кишечного тракта выходят из двух независимых отделов ЦНС (рис. 10-12). Нервы, обслуживающие пищевод, желудок, тонкий кишечник и восходящую ободочную кишку (а также поджелудочную железу, желчный пузырь и печень), берут свое начало от нейронов продолговатого мозга (Medulla oblongata), аксоны которых образуют блуждающий нерв (N. vagus), тогда как иннервация остальных отделов желудочно-кишечного тракта начинается от нейронов крестцового отдела спинного мозга, аксоны которых образуют тазовые нервы (Nn. pelvici).

Рис. 10-12. Парасимпатическая иннервация желудочно-кишечного тракта

Влияние парасимпатической нервной системы на нейроны мышечного сплетения

Во всем пищеварительном тракте парасимпатические волокна активируют клетки-мишени через никотиновые холинергические рецепторы: один вид волокон образует синапсы на холинергических возбуждающих, а другой тип - на пептидергических (NCNA) тормозных клетках нервных сплетений (рис. 10-13).

Аксоны преганглионарных волокон парасимпатической нервной системы переключаются в межмышечном нервном сплетении на возбуждающие холинергические или тормозные не-холинергические-не-адренергические (NCNA-ергические) нейроны. Постганглионарные адренергические нейроны симпатической системы действуют в большинстве случаев тормозяще на нейроны сплетения, которые стимулируют моторную и секреторную активность.

Рис. 10-13. Иннервация желудочно-кишечного тракта вегетативной нервной системой

Симпатическая иннервация желудочно-кишечного тракта

Преганглионарные холинергические нейроны симпатической нервной системы лежат в интермедиолатеральных столбах грудного и поясничного отделов спинного мозга (рис. 10-14). Аксоны нейронов симпатической нервной системы выходят из грудного отдела спинного мозга через передние

корешки и проходят в составе внутренностных нервов (Nn. splanchnici) к верхнему шейному ганглию и к превертебральным ганглиям. Там происходит переключение на постганглионарные норадренергические нейроны, аксоны которых образуют синапсы на холинергических возбуждающих клетках межмышечного сплетения и через α-рецепторы оказывают тормозящее воздействие на эти клетки (см. рис. 10-13).

Рис. 10-14. Симпатическая иннервация желудочно-кишечного тракта

Афферентная иннервация желудочно-кишечного тракта

В нервах, обеспечивающих иннервацию желудочно-кишечного тракта, в процентном отношении больше афферентных волокон чем эфферентных. Окончания сенсорных нервов являются неспециализированными рецепторами. Одна группа нервных окончаний локализуется в соединительной ткани слизистой оболочки рядом с ее мышечным слоем. Предполагается, что они выполняют функцию хеморецепторов, но пока не ясно, какие из реабсорбируемых в кишечнике веществ активируют эти рецепторы. Возможно, в их активации принимает участие пептидный гормон (паракринное действие). Другая группа нервных окончаний лежит внутри мышечного слоя и обладает свойствами механорецепторов. Они реагируют на механические изменения, которые связаны с сокращением и растяжением стенки пищеварительной трубки. Афферентные нервные волокна идут от желудочно-кишечного тракта либо в составе нервов симпатической или парасимпатической нервной системы. Некоторые афферентные волокна, идущие в составе симпатических

нервов, образуют в превертебральных ганглиях синапсы. Большая же часть афферентов проходит через пре- и паравертебральные ганглии без переключения (рис. 10-15). Нейроны афферентных волокон лежат в чувствительных

спинальных ганглиях задних корешков спинного мозга, и их волокна входят в спинной мозг через задние корешки. Афферентные волокна, которые проходят в составе блуждающего нерва, образуют афферентное звено рефлексов желудочно-кишечного тракта, протекающих при участии блуждающего парасимпатического нерва. Данные рефлексы особенно важных для координации моторной функции пищевода и проксимального отдела желудка. Чувствительные нейроны, аксоны которых идут в составе блуждающего нерва, локализованы в Ganglion nodosum. Они образуют связи с нейронами ядра одиночного пути (Tractus solitarius). Передаваемая ими информация достигает преганглионарных парасимпатических клеток, локализованных в дорзальном ядре блуждающего нерва (Nucleus dorsalis n. vagi). Афферентные волокна, которые в том числе проходят в составе тазовых нервов (Nn. pelvici), принимают участие в рефлексе дефекации.

Рис. 10-15. Короткие и длинные висцеральные афференты.

Длинные афферентные волокна (зеленые), тела клеток которых лежат в задних корешках спинального ганглия, проходят сквозь пре- и паравертебральные ганглии без переключения и попадают в спинной мозг, где они либо переключаются на нейроны восходящих или нисходящих путей, либо в том же сегменте спинного мозга переключаются на преганглионарные вегетативные нейроны, как в латеральном промежуточном сером веществе (Substantia intermediolateralis) грудного отдела спинного мозга. У коротких афферентов рефлекторная дуга замыкается за счет того, что переключение на эфферентные симпатические нейроны осуществляется уже в симпатических ганглиях

Основные механизмы трансэпителиальной секреции

Встроенные в люминальную и базолатеральную мембрану белки-переносчики, а также состав липидов этих мембран, определяют полярность эпителия. Пожалуй, важнейшим фактором, определяющим полярность эпителия, является наличие в базолатеральной мембране клеток секретирующего эпителия Na + /K + -ATФазы (Na + /К + -«насос»), чувствительной к оубаину. Na + /К + -АТФаза превращает химическую энергию АТФ в электрохимические градиенты Na + и К + , направленные в клетку или из клетки соответственно (первичный активный транспорт). Энергия этих градиентов может быть вторично использована для того, чтобы транспортировать другие молекулы и ионы активно через клеточную мембрану против их электрохимического градиента (вторичный активный транспорт). Для этого необходимы специализированные транспортные белки, так называемые переносчики, которые либо обеспечивают одновременный перенос Na + в клетку вместе с другими молекулами или ионами (котранспорт), либо осуществляют обмен Na + на

другие молекулы или ионы (антипорт). Секреция ионов в просвет пищеварительной трубки порождает осмотические градиенты, поэтому вода следует за ионами.

Активная секреция калия

В клетках эпителия К + активно накапливается с помощью расположенного в базолатеральной мембране Na + -К + -насоса, а Na + выкачивается из клетки (рис. 10-16). В эпителии, в котором не происходит секреции К + , К + -каналы находятся там же, где расположен насос (вторичное использование К + на базолатеральной мембране, см. рис. 10-17 и рис. 10-19). Простой механизм секреции К+ может быть обеспечен встраиванием многочисленных К + -каналов в люминальную мембрану (вместо базолатеральной), т.е. в мембрану эпителиальной клетки со стороны просвета пищеварительной трубки. В таком случае накопленный в клетке К + выходит в просвет пищеварительной трубки (пассивно; рис. 10-16), а анионы следуют за К+, в результате чего возникает осмотический градиент, поэтому вода выделяется в просвет пищеварительной трубки.

Рис. 10-16. Трансэпителиальная секреция KCl.

Na + /К + -АТФаза, локализованная в базолатеральной клеточной мембране, при использовании 1 моль АТФ «выкачивает» из клетки 3 моля ионов Na + и «закачивает» в клетку 2 моля К + . В то время как Na + входит в клетку через Na + -каналы, расположенные в базолатеральной мембране, К + -ионы покидают клетку через К + -каналы, локализованные в люминальной мембране. В результате перемещения К + через эпителий устанавливается положительный в просвете пищеварительной трубки трансэпителиальный потенциал, в результате чего ионы Cl - межклеточно (через плотные контакты между эпителиальными клетками) тоже устремляются в просвет пищеварительной трубки. Как показывают стехиометрические значения на рисунке, на 1 моль АТФ выделяется 2 моля К +

Трансэпителиальная секреция NaHCO 3

Большинство секретирующих эпителиальных клеток сначала секретируют анион (например, HCO 3 -). Движущей силой этого транспорта является электрохимический градиент Na+, направленный из экстраклеточного пространства в клетку, который устанавливается благодаря механизму первичного активного транспорта осуществляемого Na + -К + -насосом. Потенциальная энергия градиента Na + используется белками-переносчиками, причем Na + переносится через клеточную мембрану в клетку вместе с другим ионом или молекулой (котранспорт) или обмениваться на другой ион или молекулу (антипорт).

Для секреции HCO 3 - (например, в протоках поджелудочной железы, в железах Бруннера или в желчных протоках) необходим Na + /Н + -обменник в базолатеральной клеточной мембране (рис. 10-17). Ионы Н + с помощью вторичного активного транспорта выводятся из клетки, в результате в ней остаются ионы ОН - , которые взаимодействуют с СО 2 с образованием НСО 3 - . В роли катализатора в этом процессе выступает карбоангидраза. Образовавшийся НСО 3 - выходит из клетки в направлении просвета желудочнокишечного тракта либо через канал (рис. 10-17), либо с помощью белка-переносчика, осуществляющего обмен С1 - / НСО 3 - . По всей вероятности, в протоке поджелудочной железы активны оба механизма.

Рис. 10-17. Трансэпителиальная секреция NaHCO 3 становится возможной тогда, когда H + -ионы активно выводятся из клетки через базолатеральную мембрану. За это отвечает белок-переносчик, который по механизму вторичного активного транспорта обеспечивает перенос ионов H+. Движущая сила этого процесса - химический градиент Na + , поддерживаемый Na + /K + -ATФазой. (В отличие от рис. 10-16, через базолатеральную мембрану из клетки через K + -каналы выходят ионы K + , поступающие в клетку в результате работы Na + /K + -ATФазы). На каждый ион H + , покидающий клетку, остается один ион OH - , который связывается с CO 2 , образуя HCO 3 - . Эта реакция катализируется карбоангидразой. HCO 3 - диффундирует через анионные каналы в просвет протока, что приводит к возникновению трансэпителиального потенциала, при котором содержимое просвета протока заряжено отрицательно по отношению к интерстициуму. Под действием такого трансэпителиального потенциала ионы Na + через плотные контакты между клетками устремляются в просвет протока. Количественный баланс показывает, что на секрецию 3 моль NaHCO 3 затрачивается 1 моль ATФ

Трансэпителиальная секреция NaCl

Большинство секретирующих эпителиальных клеток сначала секретируют анион (например, Cl -). Движущей силой этого транспорта является электрохимический градиент Na + , направленный из экстраклеточного пространства в клетку, который устанавливается благодаря механизму первичного активного транспорта осуществляемого Na + -К + -насосом. Потенциальная энергия градиента Na + используется белками-переносчиками, причем Na + переносится через клеточную мембрану в клетку вместе с другим ионом или молекулой (котранспорт) или обменивается на другой ион или молекулу (антипорт).

Похожий механизм отвечает за первичную секрецию Cl - , которая обеспечивает движущими силами процесс секреции жидкости в концевых

отделах слюнных желез рта, в ацинусах поджелудочной железы, а также в слезных железах. Вместо обменника Na + /H + в базолатеральной мембране эпителиальных клеток этих органов локализован переносчик, обеспечивающий сопряженный перенос Na + -К + -2Сl - (котранспорт; рис. 10-18). Этот переносчик использует градиент Na + для (вторичного активного) накопления Cl - в клетке. Из клетки Cl - может пассивно выходить через ионные каналы люминальной мембраны в просвет протока железы. При этом возникает отрицательный в просвете протока трансэпителиальный потенциал, и Na + устремляется в просвет протока: в данном случае через плотные контакты между клетками (межклеточный транспорт). Высокая концентрация NaCl в просвете протока стимулирует ток воды по осмотическому градиенту.

Рис. 10-18. Вариант трансэпителиальной секреции NaCl, который требует активного накопления Cl - в клетке. В желудочно-кишечном тракте за это отвечают по крайней мере два механизма (см. также рис. 10-19), для одного из которых необходим локализованный в базолатеральной мембране переносчик, обеспечивающий одновременный перенос Na + -2Cl - -K + через мембрану (котранспорт). Он работает под действием химического градиента Na+, который, в свою очередь, поддерживается Na + /K + -ATФазой. Ионы K + попадают в клетку как с помощью механизма котранспорта, так и посредством Na +/ K + -ATФазы и выходят из клетки через базолатеральную мембрану, а Cl - покидает клетку через каналы, локализованные в люминальной мембране. Вероятность их открывания повышается благодаря цAMФ (тонкий кишечник) или цитозольному Ca 2+ (концевые отделы желез, ацинусы). Возникает трансэпителиальный потенциал отрицательный в просвете протока, обеспечивающий межклеточную секрецию Na + . Количественный баланс показывает, что на 1 моль ATФ выделяется 6 моль NaCl

Трансэпителиальная секреция NaCl (вариант 2)

Этот, иной механизм секреции наблюдается в клетках ацинуса поджелудочной железы, которые

обладают двумя переносчиками, локализованными в базолатеральной мембране и обеспечивающими ионные обмены Na + /Н + и С1 - /НСО 3 - (антипорт; рис. 10-19).

Рис. 10-19. Вариант трансэпителиальной секреции NaCl (см. такжe рис. 10-18) который начинается с того, что с помощью базолатерального Na + /Н + -обменника (как на рис. 10-17) ионы HCO 3 - накапливаются в клетке. Однако позднее этот HCO 3 - (в отличие от рис. 10-17) покидает клетку с помощью переносчика Cl - -HCO 3 - (антипорт), расположенного на базолатеральной мембране. Как следствие Cl - в результате («третичного») активного транспорта попадает в клетку. Через Cl - -каналы, расположенные в люминальной мембране, Cl - выходит из клетки в просвет протока. В результате в просвете протока устанавливается трансэпителиальный потенциал, при котором содержимое просвета протока несет отрицательный заряд. Na + под влиянием трансэпителиального потенциала устремляется в просвет протока. Энергетический баланс: здесь на 1 моль использованной ATФ выделяется 3 моль NaCl, т.е. в 2 раза меньше, чем в случае механизма, описанного на рис. 10-18 (DPC = дифениламинкарбоксилат; SITS = 4-ацетамино-4"-изотиоциан-2,2"-дисульфонстилбен)

Синтез секретируемых белков в желудочно-кишечном тракте

Определенные клетки синтезируют белки не только для собственных нужд, но и для секреции. Матричная РНК (mRNA) для синтеза экспортных белков несет не только информацию об аминокислотной последовательности белка, но и о включенной вначале сигнальной последовательности аминокислот. Сигнальная последовательность обеспечивает попадание синтезируемого на рибосоме белка в полости шероховатого эндоплазматического ретикулума (RER). После отщепления сигнальной последовательности аминокислот, белок попадает в комплекс Гольджи и, наконец - в конденсирующие вакуоли и зрелые запасающие гранулы. При необходимости он выбрасывается из клетки в результате экзоцитоза.

Первый этап любого синтеза белка - поступление аминокислот в базолатеральную часть клетки. С помощью аминоацил-tRNA-синтетазы аминокислоты прикрепляются к соответствующей транспортной РНК (tRNA), которая доставляет их к месту синтеза белка. Синтез белка осущест-

вляется на рибосомах, которые «считывают» с матричной РНК информацию о последовательности аминокислот в белке (трансляция). mRNA для белка, предназначенного на экспорт (или для встраивания в клеточную мембрану), несет не только информацию о последовательности аминокислот пептидной цепочки, но и подключенную вначале mRNA информацию о сигнальной последовательности аминокислот (сигнальный пептид). Длина сигнального пептида составляет около 20 аминокислотных остатков. После того как сигнальный пептид будет готов, он тотчас же связывается с цитозольной молекулой, распознающей сигнальные последовательности - SRP (signal recognition particle). SRP блокирует синтез белка до тех пор, пока весь рибосомальный комплекс не закрепится на SRP-рецепторе (причальный белок) шероховатого цитоплазматического ретикулума (RER). После этого синтез начинается снова, при этом белок выделяется не в цитозоль и через пору попадает в полости RER (рис. 10-20). После окончания трансляции сигнальный пептид отщепляется пептидазой, расположенной в мембране RER, и новая белковая цепочка готова.

Рис. 10-20. Синтез белка, предназначенного на экспорт, в выделяющей белки клетке.

1. Рибосома связывается с цепочкой mRNA, и конец синтезируемой пептидной цепочки начинает выходить из рибосомы. Сигнальная последовательность аминокислот (сигнальный пептид) белка, предназначенного на экспорт, связывается с молекулой, распознающей сигнальные последовательности (SRP, signal recognition particle). SRP блокирует в рибосоме позицию (участок А), к которой во время синтеза белка подходит tRNA с прикрепленной аминокислотой. 2. В результате трансляция приостанавливается, и (3) SRP вместе с рибосомой связывается с SRP-рецептором, расположенным на мембране шероховатого эндоплазматического ретикулума (RER), так что конец пептидной цепочки оказывается в (гипотетической) поре мембраны RER. 4. SRP отщепляется 5. Трансляция может продолжаться, и пептидная цепочка растет в полости RER: транслокация

Секреция белков в желудочнокишечном тракте

концентрируется. Такие вакуоли превращаются в зрелые секреторные гранулы, которые собираются в люминальной (апикальной) части клетки (рис. 10-21 А). Из этих гранул белок высвобождается в экстраклеточное пространство (например, в просвет ацинуса) за счет того, что мембрана гранулы сливается с клеточной мембраной и при этом разрывается: экзоцитоз (рис. 10-21 Б). Экзоцитоз является постоянно текущим процессом, однако влияние нервной системы или гуморальная стимуляция могут значительно его ускорить.

Рис. 10-21. Секреция белка, предназначенного на экспорт, в выделяющей белки клетке.

А - типичная экзокринная секретирующая белок клетка содержит в базальной части клетки плотно упакованные слои шероховатого эндоплазматического ретикулума (RER), на рибосомах которого синтезируются экспортируемые белки (см. рис. 10-20). На гладких концах RER отделяются везикулы, содержащие белки, которые попадают к cis -области аппарата Гольджи (посттрансляционная модификация), от trans-областей которого отделяются конденсирующие вакуоли. Наконец, с апикальной стороны клетки лежат многочисленные зрелые секреторные гранулы, которые готовы к экзоцитозу (панель Б). Б - на рисунке продемонстрирован экзоцитоз. Три нижних, окруженных мембраной везикулы (секреторная гранула; панель А) пока еще лежат свободно в цитозоле, тогда как везикула слева вверху прилегает к внутренней стороне плазматической мембраны. Мембрана везикулы справа вверху уже слилась с плазматической мембраной, и содержимое везикулы изливается в просвет протока

Синтезированный в полости RER белок упаковывается в небольшие везикулы, которые отделяются от RER. Везикулы, содержащие белок, подходят к комплексу Гольджи и сливаются с его мембраной. В комплексе Гольджи пептид модифицируется (посттрансляционная модификация), например гликолизируется и покидает затем комплекс Гольджи внутри конденсирующих вакуолей. В них белок снова модифицируется и

Регуляция процесса секреции в желудочно-кишечном тракте

Экзокринные железы пищеварительного тракта, лежащие вне стенок пищевода, желудка и кишечника, иннервируются эфферентами как симпатической, так и парасимпатической нервной системы. Железы в стенке пищеварительной трубки иннервируются нервами подслизистого сплетения. Эпителий слизистой оболочки и встроенные в него железы содержат эндокринные клетки, которые высвобождают гастрин, холецистокинин, секретин, GIP (glucose-dependent insuli-releasing peptide) и гистамин. После выброса в кровь эти вещества регулируют и координируют моторику, секрецию и переваривание в желудочно-кишечном тракте.

Многие, возможно даже все, секреторные клетки в состоянии покоя секретируют в небольших количествах жидкости, соли и белки. В отличие от реабсорбирующего эпителия, в котором транспорт веществ зависит от градиента Na + , обеспечиваемого активностью Na + /К + -АТФазой базолатеральной мембраны, уровень секреции может быть значительно увеличен в случае необходимости. Стимуляция секреции может осуществляться как нервной системой, так и гуморально.

Во всем желудочно-кишечном тракте между эпителиальными клетками разбросаны клетки, синтезирующие гормоны. Они высвобождают целый ряд сигнальных веществ: некоторые из которых по кровеносному руслу транспортируются к своим клеткам-мишеням (эндокринное действие), другие же - парагормоны - действуют на соседние с ними клетки (паракринное действие). Гормоны влияют не только на клетки, принимающие участие в процессе секреции различных веществ, но и на гладкую мускулатуру желудочно-кишечного тракта (стимулируют ее активность или тормозят). Кроме того, гормоны могут оказывать на клетки желудочно-кишечного тракта трофическое или антитрофическое действие.

Эндокринные клетки желудочно-кишечного тракта имеют форму бутылки, при этом узкая часть снабжена микроворсинками и направлена в сторону просвета кишечника (рис. 10-22 А). В отличие от эпителиальных клеток, обеспечивающих транспорт веществ, у базолатеральной мембраны эндокринных клеток можно обнаружить гранулы с белками, которые принимают участие в процессах транспорта в клетку и декарбоксилирования веществ-предшественников аминов. Эндокринные клетки синтезируют в том числе биологически активный 5-гидрокситримптамин. Такие

эндокринные клетки называются APUD (amine precursor uptake and decarboxylation) клетками, поскольку все они содержат переносчики, необходимые для захвата триптофана (и гистидина), и ферменты, обеспечивающие декарбоксилирование триптофана (и гистидина) до триптамина (и гистамина). В общей сложности имеется по крайней мере 20 сигнальных веществ, образующихся в эндокринных клетках желудка и тонкого кишечника.

Гастрин, взятый в качестве примера, синтезируется и высвобождается С (astrin )-клетками. Две трети G-клеток находится в эпителии, выстилающем антральный отдел желудка, и одна треть - в мукозном слое двенадцатиперстной кишки. Гастрин существует в двух активных формах G34 и G17 (цифры в названии означают количество аминокислотных остатков, составляющих молекулу). Обе формы отличаются друг от друга местом синтеза в пищеварительном тракте и биологическим временем полураспада. Биологическая активность обеих форм гастрина обусловлена C-концом пептида, -Try-Met-Asp-Phe(NH2). Эта последовательность аминокислотных остатков содержится также в синтетическом пентагастрине, BOC-β-Ala-TryMet-Asp-Phe(NH 2), который вводится в организм для диагностики секреторной функции желудка.

Стимулом для высвобождения гастрина в кровь является прежде всего присутствие продуктов расщепления белков в желудке или в просвете двенадцатиперстной кишки. Эфферентные волокна блуждающего нерва также стимулируют высвобождение гастрина. Волокна парасимпатической нервной системы активируют G-клетки не напрямую, а через промежуточные нейроны, которые высвобождают GPR (Gastrin-Releasing Peptide). Высвобождение гастрина в антральном отделе желудка затормаживается, когда значение pH желудочного сока снижается до уровня меньше 3; таким образом возникает отрицательная петля обратной связи, с помощью которой прекращается слишком сильная или слишком длительная секреция желудочного сока. С одной стороны, низкий уровень pH прямо тормозит G-клетки антрального отдела желудка, а с другой стороны, стимулирует расположенные по соседству D-клетки, которые высвобождают соматостатин (SIH). Впоследствии соматостатин оказывает тормозное действие на G-клетки (паракринное действие). Еще одна возможность для торможения секреции гастрина заключается в том, что волокна блуждающего нерва могут стимулировать секрецию соматостатина из D-клеток посредством CGRP (calcitonin gene-related peptide)- эргических интернейронов (рис. 10-22 Б).

Рис. 10-22. Регуляция секреции.

А - эндокринная клетка желудочно-кишечного тракта. Б - регуляция секреции гастрина в антральном отделе желудка

Реабсорбция натрия в тонком кишечнике

Главными отделами, где происходят процессы реабсорбции (или в русской терминологии всасывания) в желудочно-кишечном тракте, являются тощая кишка, подвздошная кишка и верхний отдел толстой кишки. Специфика тощей кишки и подвздошной кишки заключается в том, что поверхность их люминальной мембраны увеличена более чем в 100 раз за счет кишечных ворсинок и высокой щеточной каемки

Механизмы, с помощью которых реабсорбируются соли, вода и питательные вещества, похожи на почечные. Транспорт веществ через клетки эпителия желудочно-кишечного тракта зависит от активности Na + /К + -АТФазы или Н + /К + -АТФазы. Различное встраивание переносчиков и ионных каналов в люминальную и/или базолатеральную клеточную мембрану определяет, какое вещество будет реабсорбироваться из просвета пищеварительной трубки или секретироваться в нее.

Для тонкого и толстого кишечника известно несколько механизмов всасывания.

Для тонкой кишки преимущественны механизмы всасывания, представленные на рис. 10-23 А и

рис. 10-23 В.

Механизм 1 (рис. 10-23 А) локализован прежде всего в тощей кишке. Na + -ионы пересекают здесь щеточную каемку с помощью различных белков-переносчиков, которые используют энергию (электрохимического) градиента Na+, направленного в клетку, для реабсорбции глюкозы, галактозы, аминокислот, фосфата, витаминов и других веществ, поэтому эти вещества попадают в клетку в результате (вторичного) активного транспорта (котранспорт).

Механизм 2 (рис. 10-23 Б) присущ тощей кишке и желчному пузырю. Он основан на одновременной локализации двух переносчиков в люминальной мембране, обеспечивающих обмены ионов Na + /H + и Cl - /HCO 3 - (антипорт), что позволяет реабсорбировать NaCl.

Рис. 10-23. Реабсорбция (всасывание) Na + в тонком кишечнике.

А - сопряженная реабсорбция Na + , Cl - и глюкозы в тонком кишечнике (прежде всего в тощей кишке). Направленный в клетку электрохимический градиент Na+, который поддерживается Na + / K + -АТФазой, служит движущей силой для люминального переносчика (SGLT1), с помощью которого по механизму вторичного активного транспорта Na + и глюкоза поступают в клетку (котранспорт). Поскольку Na + имеет заряд, а глюкоза нейтральна, то люминальная мембрана деполяризуется (электрогенный транспорт). Содержимое пищеварительной трубки приобретает отрицательный заряд, который способствует реабсорбции Cl - через плотные межклеточные контакты. Глюкоза покидает клетку через базолатеральную мембрану по механизму облегченной диффузии (переносчик глюкозы GLUT2). В результате на один затраченный моль АТФ реабсорбируется 3 моля NaCl и 3 моля глюкозы. Механизмы реабсорбции нейтральных аминокислот и целого ряда органических веществ похожи на описанный для глюкозы. Б - реабсорбция NaCl за счет параллельной активности двух переносчиков люминальной мембраны (тощая кишка, желчный пузырь). Если в мебрану клетки рядом встроены переносчик, осуществляющий обмен Na + /Н + (антипорт), и переносчик, обеспечивающий обмен Cl - /HCO 3 - (антипорт), то в результате их работы ионы Na + и Cl - будут накапливаться в клетке. В отличие от секреции NaCl, когда оба переносчика расположены на базолатеральной мембране, в данном случае оба переносчика локализованы в люминальной мембране (реабсорбция NaCl). Химический градиент Na + является движущей силой секреции Н + . Ионы Н + выходят в просвет пищеварительной трубки, а в клетке остаются ионы ОН - , которые реагируют с CO 2 (катализатором реакции является карбоангидраза). В клетке накапливаются анионы HCO 3 - , химический градиент которых обеспечивает движущей силой переносчик, транспортирующий Cl - в клетку. Cl - покидает клетку через базолатеральные Cl - -каналы. (в просвет пищеварительной трубки Н + и HCO 3 - реагируют друг с другом с образованием Н 2 О и CO 2). В данном случае реабсорбируется 3 моль NaCl на 1 моль АТФ

Реабсорбция натрия в толстом кишечнике

Механизмы, с помощью которых происходит всасывание в толстом кишечнике, несколько отличается от механизмов, имеющих место в тонком кишечнике. Здесь также можно рассмотреть два механизма, преобладающих в этом отделе, что проиллюстировано на рис. 10-23 как механизм 1 (рис. 10-24 А) и механизм 2 (рис. 10-24 Б).

Механизм 1 (рис. 10-24 А) преобладает в проксимальном отделе толстого кишечника. Суть его заключается в том, что Na+ попадает в клетку через люминальные Na + -каналы.

Механизм 2 (рис. 10-24 Б) представлен в толстом кишечнике благодаря К + /Н + -АТФазе, расположенной на люминальной мембране, первичноактивно реабсорбируются ионы К + .

Рис. 10-24. Реабсорбция (всасывание) Na + в толстом кишечнике.

А - реабсорбция Na+ через люминальные Na + -каналы (прежде всего в проксимальном отделе толстого кишечника). По направленному в клетку градиенту ионы Na + могут реабсорбироваться, участвуя в механизмах вторичного активного транспорта с помощью переносчиков (котранспорт или антипорт), и входить в клетку пассивно через Na + -каналы (ENaC = Epithelial Na + Channel), локализованными в люминальной клеточной мембране. Так же, как и на рис. 10-23 А, этот механизм поступления Na + в клетку является электрогенным, поэтому и в данном случае содержимое просвета пищевой трубки заряжается отрицательно, что способствует реабсорбции Cl - через межклеточные плотные контакты. Энергетический баланс составляет, как и на рис. 10-23 А, 3 моля NaCl на 1 моль АТФ. Б - работа Н + /К + -АТФазы способствует секреции ионов Н + и реабсорбции ионов K + по механизму первичного активного транспорта (желудок, толстый кишечник). За счет этого «насоса» мембраны обкладочных клеток желудка, требующего энергии АТФ, Н + -ионы накапливаются в просвете пищеварительной трубки в очень высоких концентрациях (этот процесс тормозится омепразолом). Н + /К + -АТФазы в толстом кишечнике способствует реабсорбции KHCO 3 (затормаживается оубаином). На каждый секретируемый ион Н+ в клетке остается ион OH - , который реагирует с CO 2 (катализатором реакции является карбоангидраза) с образованием HCO 3 - . HCO 3 - выходит из обкладочной клетки через базолатеральную мембрану с помощью переносчика, обеспечивающего обмен Cl - /HCO 3 - (антипорт; здесь не показан), выход HCO 3 - из клетки эпителия толстого кишечника осуществляется через HCO^-канал. На 1 моль реабсорбируемого KHCO 3 затрачивается 1 моль АТФ, т.е. речь идет о достаточно «дорогом» процессе. В данном случае Na + /К + -АТФаза не играет значительной роли в данном механизме, поэтому нельзя выявить стехиометрической зависимости между количеством затраченной АТФ и количествами перенесенных веществ

Экзокринная функция поджелудочной железы

Поджелудочная железа обладает экзокринным аппаратом (наряду с эндокринной частью), который состоит из гроздеобразных концевых участков - ацинусов (долек). Они расположены на концах разветвленной системы протоков, эпителий которых выглядит сравнительно однотипно (рис. 10-25). По сравнению с другими экзокринными железами в поджелудочной железе особенно заметно полное отсутствие миоэпителиальных клеток. Последние в других железах поддерживают концевые участки во время секреции, когда давление в выводящих протоках возрастает. Отсутствие миоэпителиальных клеток в поджелудочной железе означает, что ацинарные клетки во время секреции легко лопаются, поэтому определенные ферменты, предназначенные на экспорт в кишечник, попадают в интерстициум поджелудочной железы.

Экзокринные отделы поджелудочной железы

выделяют из клеток долек пищеварительные ферменты, которые растворены в жидкости с нейтральным pH и обогащенной ионами Cl - , а из

клеток выводящих протоков - свободную от белков щелочную жидкость. К пищеварительным ферментам относятся амилазы, липазы и протеазы. Бикарбонат в секрете клеток выводящих протоков необходим для нейтрализации соляной кислоты, которая поступает с химусом из желудка в двенадцатиперстную кишку. Ацетилхолин из окончаний блуждающего нерва активирует секрецию в клетках долек, тогда как секреция клеток в выводящих протоках стимулируется прежде всего секретином, синтезируемым в S-клетках слизистой оболочки тонкого кишечника. За счет модуляторного влияния на холинергическую стимуляцию холецистокинин (ССК) воздействует на ацинарные клетки, в результатет чего их секреторная активность усиливается. Холецистокинин также оказывает стимулирующее влияние на уровень секрецию клеток эпителия протока поджелудочной железы.

Если отток секрета затруднен, как при муковисцидозе (цистический фиброз); если сок поджелудочной железы особенно тягуч; или когда выводящий проток сужен в результате воспаления или отложений, то это может приводить к воспалению поджелудочной железы (панкреатит).

Рис. 10-25. Строение экзокринной части поджелудочной железы.

На нижней части рисунка схематично отображено существовавшее до настоящего времени представление о разветвленной системе протоков, на концах которых расположены ацинусы (концевые участки). На увеличенном изображении видно, что в действительности ацинус является сетью соединенных друг с другом секреторных канальцев. Внедольковый проток соединен через тонкий внутридольковый проток с такими секреторными канальцами

Механизм секреции бикарбонатов клетками поджелудочной железы

Поджелудочная железа выделяет около 2 литров жидкости в день. Во время переваривания уровень секреции возрастает во много раз по сравнению с состоянием покоя. В покое, натощак, уровень секреции составляет 0,2-0,3 мл/мин. После приема пищи уровень секреции вырастает до 4-4,5 мл/мин. Такое увеличение скорости секреции у человека является достижением прежде всего эпителиальных клеток выводящих протоков. В то время, как ацинусы выделяют нейтральный богатый хлоридом сок с растворенными в нем пищеварительными ферментами, эпителий выводящих протоков поставляет щелочную жидкость с высокой концентрацией бикарбоната (рис. 10-26), которая у человека составляет больше 100 ммоль. В результате смешивания этого секрета с содержащим НС1 химусом рН поднимается до значений, при которых пищеварительные ферменты максимально активированы.

Чем выше скорость секреции поджелудочной железы, тем выше концентрация бикарбоната в

соке поджелудочной железы. При этом концентрация хлорида ведет себя как зеркальное отражение концентрации бикарбоната, поэтому сумма концентраций обеих анионов при всех уровнях секреции остается одинаковой; она равна сумме ионов К+ и Na+, концентрации которых изменяются так же незначительно, как и изотоничность сока поджелудочной железы. Такие соотношения концентраций веществ в соке поджелудочной железы могут быть объяснены тем, что в поджелудочной железе выделяются две изотоничные жидкости: одна богатая NaCl (ацинусы), а другая богатая NaНСО 3 (выводящие протоки) (рис. 10-26). В состоянии покоя и ацинусы, и протоки поджелудочной железы выделяют незначительное количество секрета. Однако в покое преобладает секреция ацинусов, в результате чего конечный секрет богат С1 - . При стимуляции железы секретином уровень секреции эпителия протока увеличивается. В связи с этим одновременно снижается концентрация хлорида, поскольку сумма анионов не может превышать (неизменную) сумму катионов.

Рис. 10-26. Механизм секреции NaHCO 3 в клетках протока поджелудочной железы похож на NaНС0 3 -секрецию в кишечнике, поскольку он также зависит от локализованной на базолатеральной мембране Na + /K + -АТФазы и белка переносчика, осуществляющего обмен ионов Na + /H + (антипорт) через базолатеральную мембрану. Однако в данном случае HCO 3 - попадает в проток железы не через ионный канал, а с помощью белка-переносчика, обеспечивающего анионный обмен. Для поддержания его работы подключенный параллельно Cl - -канал должен обеспечивать рециркуляцию ионов Cl - . Этот Сl - -канал (CFTR = Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator) дефектен у пациентов с муковисцидозом (= Cystic Fibrosis), что делает секрет поджелудочной железы более тягучим и бедным HCO 3 - . Жидкость в протоке железы заряжается отрицательно по отношению к интерстициальной в результате выхода из клетки Cl - в просвет протока (и проникновения K + в клетку через базолатеральную мембрану), что способствует пассивной диффузии Na + в проток железы по межклеточным плотным контактам. Высокий уровень секреции HCO 3 - возможен, по всей видимости, потому, что HCO 3 - вторично-активно транспортируется в клетку с помощью белка-переносчика, осуществляющего сопряженный транспорт Na + -HCO 3 - (симпорт; белок-переносчик NBC, на рисунке не изображен; белок-переносчик SITS)

Состав и свойства ферментов поджелудочной железы

В отличие от клеток протока, ацинарные клетки выделяют пищеварительные ферменты (табл. 10-1). Кроме того, ацинусы поставляют неферментативные белки, такие как иммуноглобулины и гликопротеины. Пищеварительные ферменты (амилазы, липазы, протеазы, DNазы) необходимы для нормального переваривания составных частей пищи. Существуют данные,

что набор ферментов изменяется в зависимости от состава принятой пищи. Поджелудочная железа, чтобы защитить себя от самопереваривания своими же протеолитическими ферментами, выделяет их в форме неактивных предшественников. Так трипсин, например, секретируется в виде трипсиногена. В качестве дополнительной защиты сок поджелудочной железы содержит ингибитор трипсина, который предотвращает его активацию внутри секреторных клеток.

Рис. 10-27. Свойства важнейших пищеварительных ферментов поджелудочной железы, выделяемых ацинарными клетками, и ацинарных неферментативных белков (табл. 10-1)

Таблица 10-1. Ферменты поджелудочной железы

* Многие пищеварительные ферменты поджелудочной железы существуют в двух и более формах, которые отличаются друг от друга относительными молекулярными массами, оптимальными значениями pH и изоэлектрическими точками

** Классификационная система Enzyme Commission, International Union of Biochemistry

Эндокринная функция поджелудочной железы

Островковый аппарат представляет эндокринную часть поджелудочной железы и составляет только 1-2% ткани преимущественно экзокринной ее части. Из них около 20% - α-клетки, в которых образуется глюкагон, 60-70% составляют β-клетки, которые производят инсулин и амилин, 10-15% - δ-клетки, которые синтезируют соматостатин, угнетающий секрецию инсулина и глюкагона. Еще один тип клеток - F-клетки производит панкреатический полипептид (иное название - ПП-клетки), который возможно является антагонистом холецистокинина. Наконец, существуют и G-клетки, вырабатывающие гастрин. Быструю модуляцию высвобождения гормонов в кровь обеспечивает локализация этих эндокринно активных клеток в союзе с островками Лангерганса (названными

так в честь открывателя - немецкого студентамедика), позволяющая осуществлять паракринный контроль и дополнительный прямой внутриклеточный транспорт веществ-передатчиков и субстратов через многочисленные Gap Junctions (плотные межклеточные контакты). Поскольку V. pancreatica впадает в воротную вену, концентрация всех гормонов поджелудочной железы в печени, самом важном для обмена веществ органе, в 2-3 раза выше, чем в остальной сосудистой системе. При стимуляции это соотношение возрастает в 5-10 раз.

В целом, эндокринные клетки выделяют два ключевых для регуляции углеводородного обмена гормона: инсулин и глюкагон. Секреция этих гормонов главным образом зависит от концентрации глюкозы в крови и модулируется соматостатином, третьим по значимости гормоном островков, совместно с гастроинтестинальными гормонами и автономной нервной системой.

Рис. 10-28. Островок Лангерганса

Глюкагон и инсулин-гормоны поджелудочной железы

Глюкагон синтезируется в α-клетках. Глюкагон состоит из единственной цепи из 29 аминокислот и имеет молекулярную массу 3500 Dа (рис. 10-29 А, Б). Его аминокислотная последовательность гомологична некоторым гастроинтестинальным гормонам, таким как секретин, вазоактивный интестинальный пептид (VIP) и GIP. С эволюционной точки зрения, это очень старый пептид, который сохранил не только свою форму, но и некоторые важные функции. Глюкагон синтезируется через препрогормон в α-клетках островков поджелудочной железы. Сходные с глюкагоном пептиды у человека также дополнительно образуются в различных клетках кишечника (энтероглюкагон или GLP 1). Посттрансляционное расщепление проглюкагона в различных клетках кишечника и поджелудочной железы происходит по-разному, так что образуется целый ряд пептидов, функции которых еще не выяснены. Циркулирующий в крови глюкагон примерно на 50% связан с белками плазмы; этот, так называемый большой глюкагон плазмы, биологически не активен.

Инсулин синтезируется в β-клетках. Инсулин состоит из двух пептидных цепочек, А-цепочки из 21 и В-цепочки из 30 аминокислот; его молекулярная масса составляет около 6000 Dа. Обе цепи связаны между собой дисульфидными мостиками (рис. 10-29 В) и образованы из предшественника, проинсулина в результате протеолитического отщепления С-цепи (связывающий пептид). Ген для синтеза инсулина локализован в 11-й хромосоме человека (рис. 10-29 Г). С помощью соответствующей мРНК в эндоплазматическом ретикулуме (ER) синтезируется препроинсулин с молекулярной массой 11 500 Dа. В результате отделения сигнальной последовательности и образования дисульфидных мостиков между цепочками А, В и С появляется проинсулин, который в микровези-

кулах транспортируется к аппарату Гольджи. Там происходит отщепление С-цепочки от проинсулина и образование цинк-инсулиновых-гексамеров - запасающей формы в «зрелых» секреторных гранулах. Уточним, что инсулин разных животных и человека различается не только по аминокислотному составу, но и по α-спирали, которая обусловливает вторичную структуру гормона. Более сложной является третичная структура, образующая участки (центры), ответственные за биологическую активность и антигенные свойства гормона. Третичная структура мономерного инсулина включает гидрофобный кор, который образует шиловидные отростки на его поверхности, обладающие гидрофильными свойствами, за исключением двух неполярных областей, обеспечивающих агрегационные свой-ства молекулы инсулина. Внутреннее строение молекулы инсулина важно для взаимодействия с его рецептором и проявления биологического действия. При исследовании с помощью рентгеноструктурного анализа установлено, что одна гексамерная единица кристаллического цинк-инсулина состоит из трех димеров, свернутых вокруг оси, на которой расположены два атома цинка. Проинсулин так же, как и инсулин, образует димеры и цинксодержащие гексамеры.

Во время экзоцитоза инсулин (А- и В-цепочки) и С-пептид выделяются в эквимолярных количествах, причем еще около 15% инсулина остается в виде проинсулина. Сам проинсулин оказывает лишь очень ограниченное биологическое действие, о биологическом действии С-пептида еще нет достоверных сведений. У инсулина очень короткий период полужизни, порядка 5-8 мин, у С-пептида - в 4 раза длиннее. В клинике измерение С-пептида в плазме используется в качестве параметра функционального состояния β-клеток, и даже при терапии инсулином позволяет оценить остаточную секреторную емкость эндокринной поджелудочной железы.

Рис. 10-29. Структура глюкагона, проинсулина и инсулина.

А - глюкагон синтезируется в α-клетках и его структура представлена на панели. Б - инсулин синтезируется в β-клетках. В - в поджелудочной железе β-клетки, вырабатывающие инсулин, распределены равномерно, тогда как α-клетки, производящие глюкагон, сосредоточены в хвосте поджелудочной железы. В результате отщепления С-пептида в указанных участках появляется инсулин, состоящий из двух цепей: А и В. Г - схема синтеза инсулина

Клеточный механизм секреции инсулина

Панкреатические β-клетки повышают уровень внутриклеточной глюкозы за счет ее входа через GLUT2-транспортер и метаболизируют глюкозу, а также галактозу и маннозу, и каждое это вещество может вызвать секрецию инсулина островками. Другие гексозы (например, З-О-methylglucose или 2-deoxyglucose), которые транспортируются в β -клетки, но не могут там метаболизироваться, и не стимулируют секрецию инсулина. Некоторые аминокислоты (особенно аргинин и лейцин) и маленькие кетокислоты (α-ketoisocaproate) так же, как ketohexoses (фруктоза), могут слабо стимулировать секрецию инсулина. Аминокислоты и кетокислоты не разделяют никакого метаболического пути с гексозами, кроме окисления через цикл лимонной кислоты. Эти данные привели к предположению, что ATФ, синтезированный в результате метаболизма этих различных веществ может быть вовлечен в секрецию инсулина. Исходя из этого было предложено 6 ступеней секреции инсулина β-клетками, которые изложены в подрисуночной подписи к рис. 10-30.

Рассмотрим весь процесс более детально. Секрецией инсулина в основном управляет концентрация глюкозы в крови, это означает, что прием пищи стимулирует секрецию, а при уменьшении концентрации глюкозы, например во время голодания (пост, диета), выброс тормозится. Обычно инсулин секретируется с интервалом в 15- 20 мин. Такая пульсационная секреция, по-видимому, имеет значение для эффективности инсулина и обеспечивает адекватную функцию инсулиновых рецепторов. После стимуляции секреции инсулина внутривенным введением глюкозы наблюдается двухфазный секреторный ответ. В первой фазе уже в течение минут происходит максимальный выброс инсулина, который через несколько минут опять ослабевает. Примерно через 10 мин наступает вторая фаза с сохраняющейся повышенной секрецией инсулина. Полагают, что за обе фазы отвечают различные

запасающие формы инсулина. Возможно также, что ответственными за такую двухфазную секрецию являются разнообразные паракринные и ауторегуляторные механизмы островковых клеток.

Механизм стимуляции секреции инсулина глюкозой или гормонами в значительной степени выяснен (рис. 10-30). Решающим является увеличение концентрации АТФ в результате окисления глюкозы, которая при возрастании концентрации глюкозы в плазме с помощью опосредованного переносчиком транспорта в увеличенном количестве поступает в β-клетки. В результате АТФ- (или от соотношения АТФ/АДФ) зависимый К + -канал ингибируется и мембрана деполяризуется. Вследствие этого открываются потенциалзависимые Са 2+ -каналы, экстраклеточный Са 2+ устремляется внутрь и активирует процесс экзоцитоза. Пульсационное высвобождение инсулина является следствием типичного образца разрядки β -клетки «пачками».

Клеточные механизмы действия инсулина очень многообразны и еще не полностью выяснены. Инсулиновый рецептор является тетрадимером и состоит из двух экстраклеточных α-субъединиц со специфическими местами связывания для инсулина и двух β-субъединиц, которые имеют трансмембранную и внутриклеточную части. Рецептор относится к семейству тирозинкиназных рецепторов и очень сходен по структуре с соматомедин-С- (IGF-1-)рецептором. β-субъединицы инсулинового рецептора с внутренней стороны клетки содержат большое число тирозинкиназных доменов, которые на первом этапе активируются с помощью аутофосфорилирования. Эти реакции являются существенными для активации следующих киназ (например фосфатидилинозитол 3-киназы), которые затем индуцируют различные процессы фосфорилирования, с помощью которых в эффекторных клетках происходит активация большинства энзимов, участвующих в обмене веществ. Кроме того, интернализация инсулина вместе со своим рецептором в клетку возможно также имеет значение для экспрессии специфических протеинов.

Рис. 10-30. Механизм секреции инсулина β -клетками.

Повышение уровня внеклеточной глюкозы является триггером для секреции β-клетками инсулина, который происходит в виде семи этапов. (1) Глюкоза входит в клетку через GLUT2 транспортер, работа которого опосредована облегченной диффузией глюкозы в клетку. (2) Увеличение входа глюкозы стимулирует метаболизм глюкозы в клетке и ведет к увеличению [АТФ] i или [АТФ] i / [АДФ] i . (3) Увеличение [АТФ] i или [АТФ] i / [АДФ] i ингибирует АТФ-сенситивные К + -каналы. (4) Ингибирование АТФ-сенситивных К + -каналов вызывает деполяризацию, т.е. V m приобретает более положительные значения. (5) Деполяризация активирует потенциал-управляемые Са 2+ -каналы мембраны клетки. (6) Активация этих потенциал-управляемых Са 2+ -каналов увеличивает вход ионов Са 2+ и, таким образом, увеличивает i , что также вызывает Са 2+ -индуцированный Са 2+ -релиз из эндоплазматического ретикулума (ЭР). (7) Накопление i ведет к экзоцитозу и выходу в кровь инсулина, содержащегося в секреторных гранулах

Ультраструктура печени

Ультраструктура печени и желчевыводящих путей показана на рис. 10-31. Желчь выделяется клетками печени в желчные канальцы. Желчные канальцы, сливаясь друг с другом на периферии печеночной дольки, формируют более крупные желчные ходы - перилобулярные желчные проточки, выстланные эпителием и гепатоцитами. Перилобулярные желчные проточки впадают в междольковые желчные протоки, выстланные кубическим эпителием. Анастомозируя между

собой и увеличиваясь в размерах, они образуют крупные септальные протоки, окруженные фиброзной тканью портальных трактов и сливающиеся в долевые левый и правый печеночный протоки. На нижней поверхности печени в области поперечной борозды левый и правый печеночный протоки соединяются и формируют общий печеночный проток. Последний, сливаясь с пузырным протоком, впадает в общий желчный проток, открывающийся в просвет двенадцатиперстной кишки в области большого сосочка двенадцатиперстной кишки, или фатерова соска.

Рис. 10-31. Ультраструктура печени.

Печень состоит из долек (диаметр 1-1,5 мм), которые на периферии снабжаются ветвями портальной вены (V.portae) и печеночной артерии (A.hepatica). Кровь из них протекает через синусоиды, которые снабжают кровью гепатоциты, и затем попадает в центральную вену. Между гепатоцитами лежат трубкообразные, закрытые сбоку с помощью плотных контактов и не имеющие собственной стенки щели, желчные капилляры или канальцы, Canaliculi biliferi. В них выделяется желчь (см. рис. 10-32), которая покидает печень через систему желчных ходов. Содержащий гепатоциты эпителий соответствует концевым отделам обычных экзокринных желез (например, слюнных желез), желчные канальцы - просвету концевого отдела, желчные протоки - выводящим протокам железы, а синусоиды - кровеносным капиллярам. Необычно же то, что синусоиды получают смесь артериальной (богатой O 2) и венозной крови портальной вены (бедной O 2 , но богатой питательными и другими веществами, поступающими из кишечника). Клетки Купфера являются макрофагами

Состав и секреция желчи

Желчь представляет собой водный раствор различных соединений, обладающий свойствами коллоидного раствора. Основными компонентами желчи являются желчные кислоты (холевая и в небольшом количестве дезоксихолевая), фосфолипиды, желчные пигменты, холестерин. В состав желчи входят также жирные кислоты, белок, бикарбонаты, натрий, калий, кальций, хлор, магний, йод, незначительное количество марганца, а также витамины, гормоны, мочевина, мочевая кислота, ряд ферментов и др. В желчном пузыре концентрация многих компонентов в 5-10 раз выше, чем в печеночной. Однако концентрация ряда компонентов, например натрия, хлора, бикарбонатов, в связи с их всасыванием в желчном пузыре значительно ниже. Альбумин, присутствующий в печеночной желчи, в пузырной вовсе не обнаруживается.

Желчь образуется в гепатоцитах. В гепатоците различают два полюса: васкулярный, осуществляющий с помощью микроворсинок захват веществ извне и введение их в клетку, и билиарный, где происходит выделение веществ из клетки. Микроворсинки билиарного полюса гепатоцита образуют истоки желчных канальцев (капилляров), стенки которых образованы мембранами

двух и более смежных гепатоцитов. Образование желчи начинается с секреции гепатоцитами воды, билирубина, желчных кислот, холестерина, фосфолипидов, электролитов и других компонентов. Секретирующий аппарат гепатоцита представлен лизосомами, пластинчатым комплексом, микроворсинками и желчными канальцами. Секреция осуществляется в зоне микроворсинок. Билирубин, желчные кислоты, холестерин и фосфолипиды, главным образом лецитин, выделяются в виде специфического макромолекулярного комплекса - желчной мицеллы. Соотношение этих четырех основных компонентов, достаточно постоянное в норме, обеспечивает растворимость комплекса. Кроме того, малая растворимость холестерина значительно увеличивается в присутствии солей желчных кислот и лецитина.

Физиологическая роль желчи связана главным образом с процессом пищеварения. Наиболее важное значение для пищеварения имеют желчные кислоты, стимулирующие секрецию поджелудочной железы и обладающие эмульгирующим действием на жиры, что необходимо для их переваривания панкреатической липазой. Желчь нейтрализует кислое содержимое желудка, поступающее в двенадцатиперстную кишку. Белки желчи способны связывать пепсин. С желчью экскретируются и чужеродные вещества.

Рис. 10-32. Секреция желчи.

Гепатоциты выделяют электролиты и воду в желчные канальцы. Дополнительно гепатоциты выделяют первичные желчные соли, которые они синтезируют из холестерина, а также вторичные желчные соли и первичные желчные соли, которые они захватывают из синусоидов (кишечно-печеночная рециркуляция). Секреция желчных кислот сопровождается дополнительной секрецией воды. Билирубин, стероидные гормоны, чужеродные вещества и другие вещества связываются с глутатионом или глюкуроновой кислотой, для повышения их растворимости в воде, и в такой конъюгированной форме выделяются в желчь

Синтез желчных солей в печени

Желчь печени содержит желчные соли, холестерин, фосфолипиды (прежде всего фосфатидилхолин = лецитин), стероиды, а также продукты обмена, такие как билирубин, и многие чужеродные вещества. Желчь изотонична плазме крови, а ее электролитный состав похож на электролитный состав плазмы крови. Значение рН желчи нейтральное или слегка щелочное.

Желчные соли представляют собой метаболиты холестерина. Желчные соли захватываются гепатоцитами из крови портальной вены или синтезируются внутриклеточно, после конъюгации с глицином или таурином через апикальную мембрану в желчные канальцы. Желчные соли образуют мицеллы: в желчи - с холестерином и лецитином, а в просвете кишечника - прежде всего с плохо растворимыми продуктами липолиза, для которых необходимой предпосылкой реабсорбции является образование мицелл. При реабсорбции липидов желчные соли снова высвобождаются, реабсорбируются в концевых отделах подвздошной кишки и так вновь попадают в печень: желудочно-печеночный круговорот. В эпителии толстого кишечника желчные соли повышают проницаемость эпителия для воды. Секреция как желчных солей, так и других веществ сопровождается перемещениями воды по осмотическим градиентам. Секреция воды, обусловленная секрецией желчных солей и других веществ, составляет в каждом случае 40% от количества первичной желчи. Оставшиеся 20%

воды приходятся на жидкости, выделяемые клетками эпителия желчного протока.

Наиболее распространенные желчные соли - соли холевой, хеноде(з)оксихолевой, де(з)оксихолевой и литохолевой желчных кислот. Они захватываются клетками печени из крови синусоида с помощью переносчика NTCP (котранспорт с Na +) и переносчика OATP (независимый от Na + перенос; OATP = O rganic A nion-T ransporting P olypeptide) и в гепатоцитах образуют конъюгат с аминокислотой, глицином или таурином (рис. 10-33). Коньюгация поляризует молекулу со стороны аминокислоты, что облегчает ее растворимость в воде, тогда как стероидный скелет липофилен, что облегчает взаимодействие с другими липидами. Таким образом конъюгированные желчные соли могут выполнять функцию детергентов (веществ обеспечивающих растворимость) для обычно плохо растворимых липидов: когда концентрация желчных солей в желчи или в просвете тонкого кишечника превышает определенную (так называюмую критическую мицеллярную) величину, они спонтанно образуют с липидами мельчайшие аггрегаты, мицеллы.

Эволюция различных желчных кислот связана с необходимостью удерживать липиды в растворе в широком диапазоне значений рН: при рН = 7 - в желчи, при рН = 1-2 - в приходящем из желудка химусе и при рН = 4-5 - после того как химус смешивается с соком поджелудочной железы. Это возможно благодаря разным рКa" -значениям отдельных желчных кислот (рис. 10-33).

Рис. 10-33. Синтез желчных солей в печени.

Гепатоциты, используя в качестве исходного вещества холестерин, образуют желчные соли, прежде всего хенодеоксихолат и холат. Каждая из этих (первичных) желчных солей может конъюгировать с аминокислотой, прежде всего с таурином или глицином, что снижает pKa"-значение соли с 5 до 1,5 или 3,7 соответственно. Кроме этого часть молекулы, изображенная на рисунке справа, становится гидрофильной (средняя часть рисунка). Из шести различных конъюгированных желчных солей справа показаны оба конъюгата холата с их полными формулами. Конъюгированные желчные соли частично деконъюгируются бактериями в нижнем отделе тонкого кишечника и затем дегидроксилируются у C-атома, таким образом из первичных желчных солей хенодеоксихолата и холата образуются вторичные желчные соли литохолат (не показан на рисунке) и деоксихолат, соответственно. Последние попадают в результате кишечно-печеночной рециркуляции снова в печень и вновь образуют конъюгаты, чтобы после секреции с желчью опять принимать участие в реабсорбции жиров

Кишечно-печеночный кругооборот желчных солей

Для переваривания и реабсорбции 100 г жира необходимо около 20 г желчных солей. Тем не менее общее количество желчных солей в организме редко превышает 5 г, и лишь 0,5 г ежедневно синтезируются заново (холат и хенодоксихолат = первичные желчные соли). Успешная абсорбция жиров с помощью небольшого количества желчных солей возможна благодаря тому, что в подвздошной кишке 98% выделяемых с желчью желчных солей вновь реабсорбируется по механизму вторичного активного транспорта совместно с Na + (котранспорт), попадает в кровь портальной вены и возвращается в печень: кишечно-печеночная рециркуляция (рис. 10-34). В среднем данный цикл повторяется для одной молекулы желчной соли до 18 раз, прежде чем она будет потеряна с калом. При этом конъюгированные желчные соли деконъюгируются

в нижнем отделе двенадцатиперстной кишки с помощью бактерий и декарбоксилируются, в случае первичных желчных солей (образование вторичных желчных солей; см. рис. 10-33). У пациентов, у которых хирургическим путем удалена подвздошная кишка или которые страдают от хронического воспаления кишечника (Morbus Crohn), большая часть желчных солей теряется с калом, поэтому нарушается переваривание и всасывание жиров. Стеаторея (жирный стул) и мальабсорбция являются последствиями таких нарушений.

Интересно, что небольшой процент желчных солей, который попадает в толстый кишечник, играет важную физиологическую роль: желчные соли взаимодействуют с липидами люминальной клеточной мембраны и повышают ее проницаемость для воды. Если концентрация желчных солей в толстом кишечнике снижается, то уменьшается реабсорбция воды в толстом кишечнике и, как следствие, развивается диарея.

Рис. 10-34. Кишечно-печеночная рециркуляция желчных солей.

Сколько раз за день пул желчных солей циркулирует между кишечником и печенью, зависит от содержания жира в пище. При переваривании нормальной пищи пул желчных солей циркулирует между печенью и кишечником 2 раза за день, при богатой жирами пище циркуляция происходит 5 раз или еще чаще. Поэтому цифры на рисунке дают лишь приблизительное представление

Желчные пигменты

Билирубин образуется в основном при расщеплении гемоглобина. После разрушения состарившихся эритроцитов макрофагами ретикулоэндотелиальной системы от гемоглобина отщепляется кольцо гема, а после разрушения кольца гемоглобин превращается сначала в биливердин и затем в билирубин. Билирубин, в силу своей гидрофобности, переносится плазмой крови в связанном с альбумином состоянии. Из плазмы крови билирубин захватывается клетками печени и связывается с внутриклеточными белками. Затем билирубин образует конъюгаты при участии фермента глюкуронилтрансферазы, превращаясь в водорастворимые моно- и диглюкурониды. Моно- и диглюкурониды с помощью переносчика (MRP2 = сМОАТ), работа которого требует затрат энергии АТФ, выделяются в желчный каналец.

Если в желчи повышается содержание плохорастворимого, неконъюгированного билирубина (обычно 1-2% мицеллярного «раствора»), вне зависимости происходит ли это в результате перегрузки глюкуронилтрансферазы (гемолиз, см. ниже), или в результате повреждения печени или бактериальной деконъюгации в желчи, то образуются так называемые пигментные камни (билирубинат кальция и др.).

В норме концентрация билирубина в плазме крови меньше 0,2 ммоль. Если она возрастает до значения превышающего 0,3-0,5 ммоль, то плазма крови выглядит желтой и соединительная ткань (сначала склера, а затем и кожа) окрашиваются в желтый цвет, т.е. такое повышение концентрации билирубина приводит к желтухе (иктерус).

Высокая концентрация билирубина в крови может иметь несколько причин: (1) Массовая гибель эритроцитов по любым причинам, даже при нормальной функции печени повышает в

плазме крови концентрацию неконъюгированного («косвенного») билирубина: гемолитическая желтуха. (2) Дефект фермента глюкуронилтрансферазы также приводит к увеличению количества неконъюгированного билирубина в плазме крови: гепатоцеллюлярная (гепатическая) желтуха. (3) Постгепатитная желтуха возникает, когда происходит закупорка желчных путей. Это может происходить как в печени (холостаз), так и за ее пределами (в результате возникновения опухоли или камня в Ductus choleodochus): механическая желтуха. Желчь скапливается выше места закупорки; она выдавливается вместе с конъюгированным билирубином из желчных канальцев через десмосомы во внеклеточное пространство, которое связано с синусом печени и, таким образом, с венами печени.

Билирубин и его метаболиты реабсорбируются в кишечнике (около 15% от выделяемого количества), однако лишь после того как от них отщепляется (анаэробными бактериями кишечника) глюкуроновая кислота (рис. 10-35). Свободный билирубин превращается бактериями в уробилиноген и стеркобилиноген (оба бесцветны). Они окисляются до (окрашенных, желто-оранжевых) конечных продуктов уробилина и стеркобилина, соответственно. Небольшая часть этих веществ попадает в кровь системы кровообращения (прежде всего уробилиноген) и после клубочковой фильтрации в почке оказывается в моче, придавая ей характерный желтоватый цвет. В тоже время оставшиеся в кале конечные продукты, уробилин и стеркобилин, окрашивают его в коричневый цвет. При быстром прохождении по кишечнику неизменившийся билирубин окрашивает каловые массы в желтоватый цвет. Когда же в каловых массах, как при холостазии или закупорке желчного протока не обнаруживается ни билирубин, ни продукты его распада, то следствием этого является серый цвет кала.

Рис. 10-35. Выведение билирубина.

В день выводится до 230 мг билирубина, который образуется в результате расщепления гемоглобина. В плазме крови билирубин связан с альбумином. В клетках печени при участии глюкуронтрансферазы билирубин образует конъюгат с глюкуроновой кислотой. Такой конъюгированный, значительно лучше растворимый в воде билирубин выделяется в желчь и с ней попадает в толстый кишечник. Там бактерии расщепляют конъюгат и превращают свободный билирубин в уробилиноген и стеркобилиноген, из которых в результате окисления образуются уробилин и стеркобилин, придающие стулу коричневый цвет. Около 85% билирубина и его метаболитов выводится со стулом, около 15% вновь реабсорбируется (кишечно-печеночная циркуляция), 2% попадает через систему кровообращения в почки и выводится с мочой