Частина V

Функції травної системи

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                

Травлення та всмоктування

                                                                      

ВСТУП

До травної системи належать органи, через які харчові речовини, вітаміни, мінерали та рідини надходять в організм. Білки, жири і складні вуглеводи розпадаються до найпростіших елементів (травлення), які всмоктуються головно в тонкій кишці. Продукти травлення та вітаміни, мінерали, вода проходять через слизову оболонку і потрапляють у лімфу або кров (всмоктування). У цьому розділі розглянуто процеси травлення та всмоктування. Деталі функцій різноманітних частин травного тракту описано у Розділі 26.

Травлення головних продуктів харчування — це процес, у якому бере участь значна кількість травних ензимів (табл. 25-1). Ензими, що їх виділяють секрети слинних і язикових залоз, стимулюють розпад вуглеводів і жирів; ензими шлункового соку — білків і жирів, а ензими екзокринної секреції підшлункової залози — вуглеводів, білків, ліпідів, ДНК та РНК. Інші ензими, що повністю завершують процес травлення, містяться на люмінальних мембранах і в цитоплазмі клітин, що вистилають тонку кишку. Впливу цих ензимів допомагає хлористоводнева кислота, яку секретує шлунок, та жовч, яку секретує печінка.

Слизові клітини тонкої кишки називають ентероцита-ми. В тонкій кишці вони мають щіточкову облямівку, утворену з численних мікроворсинок, що вистилають їхню апікальну поверхню (див. рис. 26-27). Ця облямівка багата на ензими. Вона продовжується у люмінальну сторону глі-кокаліксом — спеціальним шаром, що багатий на нейтральні й аміноцукри. Мембрани слизових клітин вміщують глікопротеїнові ензими, які гідролізують вуглеводи і пептиди. Глікокалікс частково утворений вуглеводним сегментом, який проходить у кишковий просвіт. Наступним після щіточкової облямівки і глікокаліксу є нерухомий шар, подібний до таких шарів усіх біологічних мембран (див. Розділ 1). Розчинені речовини повинні дифундувати через цей шар для проникнення у слизові клітини. Слизова плівка, що вкриває клітини, також утворює певний бар’єр для дифузії.

Речовини переходять з просвіту шлунково-кишкового тракту до інтерстиційної рідини, а звідти — у лімфу та кров шляхом дифузії, полегшеної дифузії, осмосу, активного, вторинного транспортування та ендоцитозу. Більшість речовин повинні переміститися з кишкового просвіту у клітини слизової (ентероцити), а вже потім — від ентеро-цитів до інтерстиційної рідини. Процеси, відповідальні за

рух через люмінальні клітинні мембрани, часто відмінні від тих, що забезпечують рух через базальні та латеральні клітинні мембрани до інтерстиційної рідини. Динаміка транспортування у різних частинах організму описана у Розділі 1.

                                                                                                                                                                  

ВУГЛЕВОДИ

                                                                                                                                                                  

Травлення

Головними харчовими вуглеводами є полісахариди, дисахариди та моносахариди. Крохмаль (полімер глюкози) та інші похідні — це єдині полісахариди, що перетравлюються до будь-якого ступеня в травному тракті людини. В глікогені більшість молекул глюкози мають лінійні довгі ланцюги (молекули глюкози, об’єднані 1,4-а глікозидними зв’язками), хоча інколи бувають і розгалужені ланцюги (сформовані завдяки 1,6-а-зв’язкам; див. рис. 17-12). Амілопектин, який становить 80-90% харчового крохмалю, є нерозгалуженим полісахаридом, тоді як амілоза — лінійний полісахарид, у якому мономери сполучені прямим ланцюгом, має винятково 1,4-а-зв’язки. Глікоген міститься в тварин, тоді як амілоза й амілопектин — рослинного походження. Дисахариди лактоза (молочний цукор) і сахароза (головний компонент харчового цукру, найпоширеніший у природі) теж перетравлюються до моносахаридів фруктози і глюкози.

У ротовій порожнині крохмаль взаємодіє з а-амілазою слини. Оптимальне pH для дії цього ензиму — 6,7, отже, його активність гальмує кисле pH шлункового соку, коли їжа потрапляє до шлунка. В тонкій кишці обидві а-амілази (як слинна, так і панкреатична) діють на поглинуті полісахариди. Ці а-амілази гідролізують 1,4-а-зв’язки, однак зберігають і 1,6-а-зв’язки, кінцеві 1,4-а- і наступні до місця розгалуження 1,4-а. Кінцевим продуктом травлення а-амілазою є олігосахариди: дисахарид мальтоза, трисахарид мальтотріоза, деякі легкі великі полімери з глюкозою в 1,4-а-зв’язку, а-декстрини — полімери глюкози із розгалуженою будовою, що містять у нормі понад вісім молекул глюкози, основний тип зв’язку — 1,6-а глікозидний (рис.

25-1).

Оліго сахариди, відповідальні за майбутнє травлення похідних крохмалю, містяться на зовнішній ділянці щіточкової облямівки — мембрані з мікроворсинками тонкої

Таблиця 25-1. Головні травні ензими. Відповідні проензими наведені в крутих дужках

Джерело

Ензим

Активатор

Субстрат

Каталітична функція або продукт

Слинні залози

Слинна а-амілаза

сі-

Крохмаль

Гідроліз 1,4-а-зв’язків, продукування а-лімі-тованих декстринів, мальтотріози і мальтози

Язикові залози

Лінгвальна ліпаза

Тригліцериди

Жирні кислоти плюс 1,2-діацилгліцерол

Шлунок

Пепсини (пепсиногени)

неї

Білки і поліпептиди

Роз’єднання пептидних зв’язків, суміжних до ароматичних амінокислот

Шлункова ліпаза

Тригліцериди

Жирні кислоти і гліцерол

Підшлункова

залоза,

екзокринний

відділ

Трипсин

Ентеро

пепти

даза

Білки і поліпептиди

Роз’єднання пептидних зв’язків на карбоксильній стороні основних амінокислот (аргінін або лізин)

Хімотрипсин

(хімотрипсиноген)

Трипсин

Білки і поліпептиди

Роз’єднання пептидних зв’язків на карбоксильній стороні ароматичних амінокислот

Еластаза (проеластаза)

Трипсин

Еластин, деякі інші протеїни

Роз’єднання зв’язків на карбоксильній стороні аліфатичних амінокислот

Карбоксипептидаза А (прокарбоксипептидаза А)

Трипсин

Білки і поліпептиди

Роз’єднання карбоксильних кінцевих амінокислот, що мають ароматичні або розгалужені аліфатичні сторони ланцюгів

Карбоксипептидаза В (прокарбоксипептидаза В)

Трипсин

Білки і поліпептиди

Роз’єднання карбоксильних кінцевих амінокислот, що мають основну сторону ланцюгів

Коліпаза (проколіпаза)

Трипсин

Крапельки

жирів

Сприяє реалізуванню дії активних сайтів панкреатичної ліпази

Панкреатична ліпаза

Тригліцериди

Моногліцериди і жирні кислоти

Холестеролестер

гідролаза

Ефіри

холестеролу

Холестерол

Панкреатична а-амілаза

сі-

Крохмаль

Так само, як слинна а-амілаза

Рибонуклеаза

РИК

Нуклеотиди

Дезоксирибонуклеаза

ДНК

Нуклеотиди

Фосфоліпаза А2 (профосфоліпаза А2)

Трипсин

Фосфоліпіди

Жирні кислоти, лізофосфоліпіди

Слизова оболонка кишки

Ентеропептидаза

Трипсиноген

Трипсин

Амінопептидаза

Поліпептиди

Відщеплення амінокислот з амінокінців пептидів

Карбоксипептидаза

Поліпептиди

Відщеплення амінокислот з карбоксидних кінців пептидів

Ендопептидази

Поліпептиди

Роз’єднання між залишками всередині пептиду

Дипептидази

Дипептиди

Дві амінокислоти

Мальтаза

Мальтоза,

мальтотріоза,

а-декстрини

Глюкоза

Лактаза

Лактоза

Г а лактоза і глюкоза

Сахараза1

Сахароза,

також

мальтотріоза і мальтоза

Фруктоза і глюкоза

а-Декстриназа

а-Декстрини,

мальтоза,

мальтотріоза

Глюкоза

Трегалаза

Нукпеаза і споріднені ензими

Трегалоза

Нуклеїнові

амінокислоти

Глюкоза

Пентози і пуринові та піримідинові основи

Цитоплазма слизових клітин

Різноманітні пептидази

Ди-, три- і тет-рапептидази

Амінокислоти

1 Сахараза і а-декстриназа є від’єднаними субодиницями від окремого білка.

ТРАВЛЕННЯ ТА ВСМОКТУВАННЯ / 431

Г ) Мальтотріоза

Г

Мальтоза

Лактоза

Цукроза

Рис. 25-1. Головні кінцеві продукти травлення вуглеводів у просвіті кишки. Кожне коло зображує молекулу гексози; Г -глюкоза; Ф — фруктоза; Га — галактоза.

кишки (рис. 25-2). Деякі з цих ензимів мають понад один субстрат. Ензим а-декстриназа, який також відомий як ізомальтаза, головно відповідальний за гідроліз 1,6-а-зв’язків.

Разом з мальтазою і сахаразою ензими також розчеп-люють мальтотріозу та мальтозу. Сахараза та а-декстриназа, первісно синтезовані як окремий глікопротеїновий ланцюг, долучаються до мембранного краю щіточкової облямівки. Потім панкреатичні протеази його гідролізують до субодиниць сахарази та ізомальтази, які нековалентно реасоціюють до поверхні кишки.

Сахараза також гідролізує сахарозу в молекули глюкози і фруктози. Додатково в щіточковій облямівці є два диса

хариди: лактаза, яка гідролізує лактозу до глюкози та галактози, і трегалаза, яка гідролізує тригалозу — 1,1-а-ланцюговий димер глюкози — до двох молекул глюкози.

Дефіцит одного або більше олігосахаридів щіточкової облямівки може спричинювати діарею, здуття та метеоризм після вживання солодощів. Діарея зумовлена збільшенням кількості осмотично активних молекул олігосахаридів, що залишаються в просвіті кишки, сприяючи збільшенню об’єму інтерстинального вмісту. В ободовій кишці бактерії розщеплюють деякі олігосахариди, у подальшому збільшуючи кількість осмотично активних частинок. Процеси гниття та бродіння в дистальній частині тонкої і товстої кишки, відповідно, продукують гази (СО, і HJ із залишків дисахаридів.

Інтерес до лактази зумовлений тим, що у більшості ссавців і в багатьох расах людей активність кишкової лактази висока під час народження, а потім знижується в дитячому та дорослому віці. Низький рівень лактази асоціюється з несприйняттям молока (несприйняття лактози). Більшість європейців та їхні американські потомки зберігають активність інтестинальної лактази в зрілі роки. Випадки дефіциту лактази для північних та західних європейців становлять 15%, однак для афроамериканців та американських індіанців, орієнтальців та середземноморської популяції — 70-100%. Проблему несприйняття молока можна частково вирішити за допомогою комерційних препаратів лактази, проте це дорого. Особи з непереносимістю ліпше сприймають йогурти, ніж молоко завдяки безпосередньому вмісту власної бактеріальної лактази.

                                                                                                                                                                  

Абсорбція

Гексози і пентози швидко всмоктуються через стінку тонкої кишки (табл. 25-2). По суті, виведення всіх гектоз відбувається вздовж термінальної частини клубової кишки. Молекули цукрів проходять через клітини слизової і потрапляють у кровоносні капіляри, а потім — до портальної вени.

Порожнинне травлення Мембранне травлення Продукт

а-Декстриназа Мальтаза Цукраза

Крохмаль

Амілаза

а-Декстрини Мальтотріоза Мальтоза

Трегалоза

Лактоза

Цукроза

Рис. 25-2. Специфічні субстрати для ензимів, що беруть участь у травленні вуглеводів, та гексози як кінцеві продукти травлення. Числа — відсотковий вміст кожного розщепленого субстрату відповідним ензимом. Зверніть увагу, що трегалаза, лактаза і цукраза — це єдині ензими, що відповідають за розщеплення трегалози, лактози, цукрози, однак а-декстрини, мальтотріоза і мальтоза — субстрати для декількох ензимів (відтворено за дозволом з Johnson LR [editor]: Essential Medical Physiology, Raven, 1992).

Транспортування більшості гексоз унікальне і відбувається за участю Na+, що міститься в кишковому просвіті. Висока концентрація Na+ у поверхні слизової полегшує, а низька — пригнічує надходження цукрів до епітеліальних клітин. Це трапляється тому, що глюкоза і Na+ беруть участь у котранспортуванні, або симпорті, тобто нат-рійзалежному транспортуванні глюкози (SGLT — від англ. sodium-dependent glucose transporter). Члени цієї родини транспортерів SGLT 1 і SGLT 2, подібно до транспортерів глюкози, відповідають за полегшену дифузію (див. Розділ 19), пронизують клітинну мембрану 12 разів і розміщують свої -СООН і -1ЧН2-кінці на цитоплазматичній стороні мембрани. Крім того, вони негомологічні до серії GLUT-транспортерів. SGLT 1 і SGLT 2 також відповідають за транспортування глюкози з ниркових каналь-ців (див. Розділ 38).

Якщо внутрішньоклітинна концентрація Na+ стає низькою в ентероцитах, як і в інших клітинах, то Na+ рухається за концентраційним градієнтом. Глюкоза надходить разом з Na+ і вивільнюється у клітину (рис. 25-3). Иони Na+ переходять у бічні міжклітинні простори, а глюкоза за допомогою GLUT 2 — до інтерстиційного простору, а звідти -до капілярів.

Отже, транспортування глюкози є прикладом вторинного активного транспортування (див. Розділ 1). Енергетичне забезпечення транспортування глюкози відбувається безпосередньо за допомогою активного транспортування Na+ з клітини. Це підтримує концентраційний градієнт уздовж люмінального краю клітини: більше Na+ і, відповідно, більше глюкози може увійти до неї. Наслідком успадкованої вади Na’/глюкози котранспортера є розвиток синдрому малабсорбції глюкози/галактози, що спричинює важку діарею, яка часто є фатальною, якщо глюкозу і галактозу не вилучити з раціону харчування. Вживання глюкози та її полімерів утримує Na+ і зумовлює прояви діареї, що описані нижче.

Транспортування галактози також відбувається за допомогою глюкози. Фруктоза утилізується за іншим механізмом. Її реабсорбція не залежить від Na+ або транспортування глюкози чи галактози; це відбувається завдяки полегшеній дифузії: з просвіту кишки до ентероцитів за допомогою GLUT 5 і в зворотному напрямі — за допомогою GLUT 2. Деяка кількість фруктози перетворюється в глюкозу в слизових клітинах. Пентози всмоктуються шляхом простої дифузії.

Інсулін незначно впливає на транспортування цукрів у кишці. З цього погляду інтестинальна абсорбція у кишці подібна до реабсорбції глюкози в проксимальних звивистих канальцях у нирках (див. Розділ 38), не потребує фосфо-рилювання і обидва процеси простежуються у разі цукрового діабету (гальмує лікарський засіб флоризин). Максимальний рівень всмоктування глюкози в кишці становить 120 г/год.

                                                                                                                                                                  

БІЛКИ Й АМІНОКИСЛОТИ Травлення білків

Травлення білків розпочинається в шлунку, де пепсини розщеплюють деякі з пептидних зв’язків. Подібно до багатьох інших ензимів, причетних до травлення, пепсини секретуються у формі неактивних попередників (проен-зимів) і активуються в шлунково-кишковому тракті. Попередники пепсинів називають пепсиногенами, їх активує хлористоводнева кислота, яку виробляє шлунок. Слизова оболонка шлунка людини містить певну кількість споріднених пепсиногенів, які можна розділити на дві відмінні групи за гістохімічними ознаками: пепсиноген І та пепси-ноген II. Пепсиноген І міститься тільки в кислотосекрету-вальних ділянках, тоді як пепсиноген II — також ще й у пілоричній ділянці. Максимальна секреція кислоти корелює відповідно до рівня пепсиногену І.

Таблиця 25-2. Транспортування речовин у нормі та місця максимальної абсорбції або секреції1

Всмоктування

Відділи тонкої кишки

Ободова

кишка

проксимальні2

середні

дистальні

Цукри (глюкоза, галактоза та інші)

++

+++

++

0

Амінокислоти

++

+++

++

0

Водо- та жиророзчинні вітаміни, за винятком В12

+++

++

0

0

Бетаїн, диметилгліцин, саркозин

+

++

++

?

Антитіла у новонароджених

+

++

+++

?

Піримідини (тимін та урацил)

+

+

?

?

Абсорбція жирних кислот з довгими ланцюгами та

+++

++

+

0

перетворення у тригліцериди

Жовчні солі

+

+

+++

Вітамін В12

0

+

+++

0

Na+

+++

++

+++

+++

К+

+

+

+

Сек

Са2+

+++

++

+

?

Fe2+

+++

++

+

?

сі-

+++

++

+

+

so42

++

+

0

?

1 Рівень абсорбції позначено від + до +++. Сек — секретується, якщо К+ у просвіті кишки є низьким.

2 До проксимальних частин тонкої кишки належить голодна та дванадцятипала кишка (крім зауваженого винятку, коли дванадцятипала кишка секретує НС03» і має незначну кінцеву абсорбцію або секрецію NaCI).

ТРАВЛЕННЯ ТА ВСМОКТУВАННЯ / 433

Рис. 25-3. Механізм транспортування глюкози через кишковий епітелій. Транспортування глюкози до ентероцитів поєднане з транспортуванням Na+ і використанням котранспортера SGLT 1. Потім Na+ активно переходить з клітини, і глюкоза потрапляє в інтерстиційний простір шляхом полегшеної дифузії через GLUT 2, а звідси згодом дифундує у кров.

Пепсини гідролізують зв’язки між ароматичними амінокислотами, такими як фенілаланін або тирозин, та іншою амінокислотою, отже, продуктами пептичного травлення є поліпептиди різноманітних розмірів. У шлунку також міститься желатиназа, яка перетворює в рідкий стан желатин. Хімозин — шлунковий ензим, що спричинює зсідання молока, відомий також як ренін — міститься в шлунку молодих тварин; інколи його немає у людей.

Оскільки пепсини оптимально активні при pH 1,6-3,2, то їхня дія завершується, коли шлунковий вміст змішується з лужним панкреатичним соком у дванадцятипалій та голодній кишці. Значення pH кишкового вмісту в цибулині дванадцятипалої кишки 2,0-4,0, проте в інших частинах -близько 6,5.

У тонкій кишці поліпептиди, що утворились під час протеолізу в шлунку, перетравлюються за допомогою високоактивних протеолітичних ензимів підшлункової залози та слизової оболонки кишки. Трипсин, хемотрипсин, елас-таза гідролізують внутрішні пептидні зв’язки в пептидних молекулах, тому їх називають ендопептидазами. Утворення активних ендопептидаз з їхніх неактивних попередників описано у Розділі 26. Карбоксипептидази підшлункової залози — це екзопептидази, які гідролізують амінокислоти в карбоксильних та амінокінцевих групах поліпептидів. Деякі вільні амінокислоти вивільняються у кишковий просвіт, тоді як інші — у вільному стані на поверхню клітин після попереднього розщеплення амінопептидазами, кар-боксипептидазами, ендопептидазами та дипептидазами щіточкової облямівки слизових клітин. Деякі ди- татрипеп-тиди активно переходять до кишкових клітин, їхні внутрішньоклітинні пептидази гідролізують до амінокислот, які згодом потрапляють до кров’яного русла. Отже, остаточне

травлення білків до амінокислот відбувається в трьох місцях: кишковому просвіті, щіточковій облямівці та цитоплазмі слизових клітин.

                                                                                                                                                                  

Всмоктування

В ентероцитах є сім відмінних транспортних систем для переміщення амінокислот. П’ять з них потребують наявності йонів Na\ крім того, котранспорт амінокислот і NaH відбувається подібно до котранспорту Na» і глюкози (див. рис. 25-3). Дві транспортні системи також потребують СІ . У двох системах транспортування залежить від Na+.

Ди- та трипептиди переходять до ентероцитів системою, що потребує Н+ замість на Na\ Це так зване мале всмоктування великих пептидів. В ентероцитах амінокислоти вивільняються з пептидів шляхом внутрішньоклітинного гідролізу, крім того, амінокислоти, що всмоктуються з кишкового просвіту та щіточкової облямівки, транспоріу-ються назовні від ентероцитів через їхній базолате раль ний край за допомогою п’яти транспортних систем, а звиси потрапляють у кров’яне русло печінкової ворітної вени. Дві з цих транспортних систем залежать від Na , а решта — ні. Значна кількість малих пептидів також належать до портальної системи.

Всмоктування амінокислот у дванадцятипалій та голодній кишці відбувається швидко, а у клубовій — повільніше. Зі спожитою їжею надходить близько 50% від усіх перетравлених білків, з білків травних соків — 25%, зі злущених клітин слизової — 25%. Тільки 2-5% білків у тонкій кишці не піддаються травленню та всмоктуванню. Деяка частина від поглинутих білків потрапляє до ободової кишки і зрештою їх перетравлюють бактерії. Наявність білка у фекальних випорожненнях є не харчового походження, а наслідком руйнування бактерій та клітин. Про це свідчать випадки, коли пептидазна активність щіточкової облямівки і цитоплазми клітин слизової збільшується після резекції частини клубової кишки або незалежного ураження під час голодування. Отже, ці ензими є суб’єктами гомеостатичного регулювання. У людей вроджений дефект механізму, що транспортує нейтральні амінокислоти в кишці та ниркових канальцях, спричинює хворобу Хартнупа. Вроджений дефект транспортування головних амінокислот зумовлює цистинурію.

У новонароджених помірна кількість неперетравлених білків також може всмоктуватися. Білкові антитіла в материнському молозиві — це великі секреторні імуноглобуліни (IgA), які за допомогою трансцитозу проходять через епітелій молочної залози; їхнє утворення збільшується в молочній залозі наприкінці вагітності. У разі грудного вигодовування IgA всмоктуються з кишки в систему кровообігу немовлят і забезпечують пасивний імунітет проти інфекцій. Всмоктування відбувається шляхом ендоцитозу з наступним екзоцитозом.

З віком всмоктування білків послаблюється, хоча й \ дорослих простежується в незначних кількостях. Сторонні білки, що потрапляють у кровоплин, зумовлюють утворення антитіл і реакції антиген-антитіло, які трапляються у випадку повторного потрапляння більшої кількості того ж самого білка, спричинюють алергічні симптоми після споживання певного виду їжі. Поширеність харчової алергії у дітей перевищує 8%. Деяка їжа є сильнішим алерген

ним чинником порівняно з іншою. Ракоподібні, молюски, риба — загальновідомі алергени, хоча досить часто простежуються алергічні відповіді на коров’яче молоко, яйця та різні делікатеси.

Всмоктування білкових антигенів, особливо бактеріальних та вірусних білків відбувається у великих М-клітинах (від англ. microfold — мікроскладка) спеціалізованих кишкових епітеліоцитах, що містяться у скупчених лімфатичних вузликах (плямках Пеєра). Ці клітини передають антигени до лімфоїдних тканин, після чого розпочинається активування лімфобластів. Активовані лімфобласти потрапляють у систему кровообігу, а пізніше повертаються до слизової оболонки кишки й інших епітеліоцитів, де секретують IgA у відповідь на повторну появу того ж самого антигену. Такий секреторний імунітет є важливим захисним механізмом, він детально описаний у Розділі 27.

                                                                                                                                                                  

Нуклеїнові кислоти

У кишці нуклеїнові кислоти за допомогою панкреатичних нуклеаз розщеплюються на нуклеотиди, а ті в подальшому за участю ензимів, що містяться на люмінальній мембрані слизових клітин, — на нуьслеозиди та фосфорну кислоту. Нуклеозиди, відповідно, розщеплюються на такі складові: цукри і пуринові та пірамідинові основи, що їх абсорбує активне транспортування.

                                                                                                                                                                  

ЛІПІДИ

                                                                                                                                                                  

Травлення жирів

Лінгвальну ліпазу секретує залоза фон Ебнера, яка міститься на дорсальній поверхні язика, а шлункову — шлунок (див. табл. 25-1). Шлункова ліпаза є менш важливою, за винятком випадків панкреатичної недостатності, тоді як лінгвальна активна в шлунку і може перетравити понад 30% харчових тригліцеридів.

Головна частина процесу травлення жирів починається в дванадцятипалій кишці, де один з найбільш задіяних ензимів — панкреатична ліпаза. Цей ензим порівняно легко гідролізує 1- та 3-зв’язки тригліцеридів, однак його дія на 2-зв’язок можлива за дуже низького рівня, тому головними продуктами його дії є вільні жирні кислоти і 2-моногліце-риди. Вплив ензиму на жири спричинює їхню емульгацію. Активність панкреатичної ліпази реалізована за наявності амфіпатичної спіралі, що вкриває активні сайти й згинається подібно до оправи книги. Коліпаза — білок з молекулярною масою 11 000-також секретований підшлунковою залозою. Коли ця молекула з’єднується з -СООН закінченням домену панкреатичної ліпази, то відкриття оправи полегшується. Коліпаза секретується в неактивній проформі (див. табл. 25-1), її активує в кишковому просвіті трипсин.

Відома ще одна панкреатична ліпаза, активована жовчними кислотами. Ця 100 000 кДа ліпаза становить понад 4% від загальної кількості білка, що міститься у соці підшлункової залози. У дорослих цей ензим у 10-60 разів активніший, однак, на відміну від панкреатичної ліпази, він каталізує гідроліз ефірів холестеролу, жиророзчинних вітамінів і фосфоліпідів до тригліцеридів. Ензим з подібною дією також міститься в материнському молоці.

Більшість холестеролу, що надходить з їжею, є у формі ефірів холестеролу і гідролізується за участю гідролази холестеролових ефірів у кишковому просвіті.

Жири остаточно емульгують у тонкій кишці завдяки високоактивним детергентам — солям жовчних кислот, лецитину і моногліцеридам. Коли концентрація солей жовчних кислот у кишці збільшується як після скорочення жовчного міхура, то вони спонтанно сполучаються з жирами, утворюючи міцели (рис. 25-4). Ці циліндричні агрегати взаємодіють з ліпідами і, хоча концентрація жирів є різною, головно містять жирні кислоти, моногліцериди і холесте-рол у гідрофобних центрах. Утворення міцел, крім того, розчиняє жири і забезпечує їхнє транспортування до енте-роцитів. Наприклад, міцели знижують концентраційний градієнт від нерухомого шару до щіточкової облямівки слизових клітин; ліпіди дифундують назовні від міцел, і насичений ліпідами водянистий розчин підтримує контакт зі щіточковою облямівкою клітин слизової оболонки (див. рис. 25-4).

                                                                                                                                                                  

Стеаторея

В експериментальних тварин після видалення підшлункової залози та у хворих з порушенням екзокринної секреції підшлункової залози простежується поява об’ємних калових мас жирнуватої консистенції та глинистого кольору (стеаторея). Це спричинено неповноцінним травленням та абсорбцією жирів. Стеаторея у більшості випадків вини-

Рис. 25-4. Травлення жирів та їхнє надходження до слизової кишки. Жирні кислоти (ЖК) перетворюються у вільному стані під впливом панкреатичної ліпази на харчові тригліцериди і за наявності жовчних солей (ЖС) утворюють міцели (округлої форми структури), які дифундують через непорушний шар до поверхні слизової (відтворено за дозволом з Thomson ABR: Intestinal absorption of lipids: Influence of the unstirred water layer and bile acid micelle. In: Distrurbances in Lipid and Lipoprotein Metabolism. Dietschy JM, Gotto AM Jr, Ontko JA [editors]. American Physiological Society, 1978).

ТРАВЛЕННЯ ТА ВСМОКТУВАННЯ / 435

кає внаслідок дефіциту панкреатичної ліпази, а також якщо нема бікарбонатів, які теж секретує підшлункова залоза, бо порівняно кисле середовище дванадцятипалої кишки сприяє преципітації частини жовчних солей (панкреатична стеаторея). Кислота також інгібує панкреатичну ліпазу, внаслідок цього пацієнти з гіперсекрецією соляної кислоти в шлунку у випадках гастрино секрету вальних пухлин (гастрином) і, відповідно, з низьким рівнем pH у дванадцятипалій кишці мають стеаторею. Іншою причиною стеатореї є порушення реабсорбції жовчних солей у дистальній частині клубової кишки (див. Розділ 26) (ентерогенна стеаторея). Дефіцит жовчі в кишці, пов’язаний із захворюваннями печінки або жовчних шляхів, спричинює гепатогенну стеаторею.

                                                                                                                                                                  

Всмоктування жирів

Традиційно ліпіди надходять в ентероцити шляхом пасивної дифузії, проте у деяких випадках у цьому процесі беруть участь носії. Всередині клітини ліпіди швидко етерифікують, утримуючи сприятливий концентраційний Градієнт від просвіту кишки до клітин (рис. 25-5). На відміну від слизової оболонки клубової кишки, рівень поглинання солей жовчних кислот у порожній кишці низький, і більша частина солей жовчних кислот не покидає просвіту кишки, будучи вільними для утворення нових міцел.

Тривалість ’’життя” жовчних кислот в ентероцитах залежить від їхнього розміру. Жирні кислоти, що містять до 10-12 атомів вуглецю, потрапляють від слизових клітин прямо у систему портальних судин, де транспортуються як вільні (неетерифіковані) жирні кислоти. Якщо ж жирні кислоти вміщують понад 10-12 атомів вуглецю, то вони реетерифікують до тригліцеридів у слизових клітинах. Крім того, відбувається етерифікація частини абсорбованого холестеролу.

Тригліцериди і холестеролові ефіри, вкриті шаром з білків, холестеролу і фосфоліпідів, утворюють хіломік-рони. Вони вивільнюються від клітини і входять у лімфатичні судини (див. рис. 25-5).

У слизових клітинах більшість тригліцеридів утворюються ацилюванням абсорбованих 2-моногліцеридів головно у гладкій ендоплазматичній сітці. Частина тригліцеридів утворюється з гліцерофосфату, який, відповідно, є продуктом катаболізму глюкози. Гліцерофосфат також перетворюється у гліцерофосфоліпіди, які беруть участь в утворенні хіломікронів. Ацилювання гліцерофосфату й утворення білків відбувається у шорсткій ендоплазматичній сітці. Карбогідратна половина додається до білків у апараті Ґольджі, і завершений хіломікрон виділяється через базальну або латеральну поверхні клітини.

Абсорбція довголанцюгових жирних кислот більше виражена у проксимальній частині тонкої кишки, однак значна частина таки всмоктується у клубовій кишці (рис. 25-6). За помірного вмісту жирів у харчовому раціоні 95% спожитих жирів абсорбує.

Процеси, що відбуваються під час всмоктування жирів, неостатньо сформовані в разі народження дитини, тому у немовлят відбувається абсорбція лише 10-15% жирів від усіх спожитих, і в них більша ймовірність розвитку хворобливих проявів унаслідок зменшення всмоктувань жирів.

                                                                                                                                                                  

Коротколанцюгові жирні кислоти

Сьогодні щораз більшу увагу приділяють ролі коротко-ланцюгових жирних кислотах (КЛЖК), які утворюються в ободовій кишці і звідти всмоктуються. За структурою КЛЖК — це дво- або п’ятивуглецеві легкі кислоти, які за нормальних умов містяться у просвіті кишки (їхня концентрація 80 ммоль/л). Близько 60% від загальної кількості становлять ацетатні, 25 — пропріонатні і 15% — бутанові жирні кислоти. Вони утворюються внаслідок дії бактерій у товстій кишці (див. Розділ 26) на комплексні вуглеводи, резистентні крохмалі та інші компоненти харчової клітковини, які не перетравились у проксимальніших відділах шлунково-кишкового тракту і потрапили у ободову кишку.

Після всмоктування КЛЖК беруть участь в обміні речовин і роблять суттєвий внесок у загальну кількість спожитих калорій. Крім того, вони мають трофічний ефект на епітеліоцити ободової кишки, протизапальну дію. всмоктуються, частково обмінюючись на ЕГ, завдяки чому допомагають утримувати кислотно-лужну рівновагу. У епіте-ліоцитах ободової кишки є родина аніонних обмінників. КЛЖК також активують всмоктування Na+, проте точний механізм спареного Na -КЛЖК всмоктування остаточно не з’ясований.

                                                                                                                                                                  

Всмоктування холестеролу та інших стеролів

Холестерол швидко абсорбується з тонкої кишки, якщо наявні жовч, жирні кислоти та панкреатичний сік. Близь-коспоріднені стероли рослинного походження всмоктуються погано. Майже весь абсорбований холестерол входить у хіломікрони, які потрапляють у кровообіг через лімфатичні судини, як описано вище. Неабсорбовані рослинні стероли, наприклад такі, що містяться у соєвих, зменшують всмоктування холестеролу, можливо завдяки конкуруванню з холестерол ом для етерифікації з жирними кислотами.

                                                                                                                                                                  

ВСМОКТУВАННЯ ВОДИ ТА ЕЛЕКТРОЛІТІВ Вода, натрій, калій, хлор

Весь водний баланс у шлунково-кишковому тракті підсумовано у табл. 25-3. Щодня в кишці є близько 2000 мл спожитої рідини і 7000 мл різних секретів, що їх утворюють слизова оболонка шлунково-кишкового тракту і приєднані до нього залози. Із цієї рідини всмоктується 98%, а денні втрати з випорожненнями становлять 200 мл. Лише невелика кількість води проходить через слизову оболонку шлунка, тоді як у тонкій та товстій кишці вода рухається у двох напрямах відповідно до осмотичного Градієнта. Частина Na» дифундує до або назовні від тонкої кишки згідно з концентраційним градієнтом. Оскільки люмінальні мембрани всіх ентероцитів у тонкій та ободовій кишці проникні для Na+, а базолатеральні мембрани містять Na+-K+-ATO-азу, то Naf також активно всмоктується у тонкій та товстій кишці.

У тонкій кишці вторинне активне транспортування Na“ важливе для постачання під час всмоктування глюкози, деяких амінокислот (див. вище) та інших речовин, тоді як наявність глюкози в кишковому просторі полегшує реабсорбцію Naf. Цей факт є фізіологічною основою для

Рис. 25-5. Всмоктування жирів. Тригліцериди утворюються у слизових клітинах з моногліцеридів та жирних кислот. Деякі з гліцеридів також синтезуються з глюкози через фосфатидичну кислоту. Згодом тригліцериди перетворюються у хіломікрони, і їх вивільняє екзоцитоз. З позаклітинного простору вони потрапляють у лімфу. Товсті лінії позначають головні шляхи; * -реакцію інгібують моногліцериди; МГТ — моноацилгліцеридацилтрансфераза; ДГТ — діацилгліцеридацилтрансфераза.

лікування втрат Na+ і води в разі діареї per os за допомогою різноманітних розчинів, що містять NaCl і глюкозу. Пластівці зернових, що містять вуглеводи, теж використовують для лікування діареї. Такий тип лікування доцільний і у випадку терапії холери — хвороби, що супроводжується вираженою, а якщо не лікувати, то часто фатальною діареєю.

За нормальних умов СІ» з інтерстиційної рідини входить в ентероцити через Na+-K+-2C1~ котранспортери базолате-ральних мембран (рис. 25-7). Згодом він секретується в просвіт кишки через канали, регульовані численними білковими кіназами. Один з них активує протеїнкіназа А і згодом цАМФ. У випадку холери концентрація цАМФ збільшується. Холерний вібріон перебуває в просвіті кишки, однак він виробляє токсин, що зв’язується з GM-1 гангліо-зидним рецептором, а це дає змогу частині А-субодиниці

(А‘-пептиду) токсину увійти в клітину. Пептид А1 зв’язує аденозиндифосфат рибози до а-субодиниці Gs, що гальмує ГТФ-азну активність (див. Розділ 1). Отже, конститутивно активований G-білок зумовлює тривале стимулювання аденілатциклази і помітне підвищення внутрішньоклітинної концентрації цАМФ. Поряд зі зростанням секреції СІфункція носія слизової оболонки для Na+ зменшується, і, відповідно, зменшується абсорбція NaCl. Результатом стає збільшення водного об’єму та електролітного вмісту у кишці і, як наслідок, поява діареї. Крім того, Ха++-АТФ-аза і Na7nnoK03a котранспортер не активовані, тому й подвійна опосередкована реабсорбція глюкози і Na+ теж неповноцінна.

Вода рухається в кишку та у зворотному напрямі тільки тоді, коли осмотичний тиск інтестинального вмісту та плазми однакові. Залежно від спожитих харчів осмоляль-

ТРАВЛЕННЯ ТА ВСМОКТУВАННЯ 437

Рис. 25-6. Динаміка всмоктування жирів у людей, що ґрунтується на вимірюваннях після приймання жирної їжі. Стрілка позначає дванадцятипалу кишку (відтворено за дозволом з Davenport HW: Physiology of the Digestive Tract, 2nd ed. Year Book, 1966).

ність дуоденального вмісту може бути гіпертонічною або гіпотонічною, однак на момент надходження в голодну кишку стає близькою до осмоляльності плазми. Така ж осмоляльність утримується в міжтравний період у кишці. Осмотично активні частинки, що формуються під час травлення, всмоктуються, і вода рухається пасивно назовні від кишки за новоутвореним осмотичним градієнтом. В ободовій кишці відбувається активне випомповування Na+ назовні, вода рухається пасивно разом з ним знову за осмотичним градієнтом. Мінеральні послаблювальні засоби, такі як магнезії сульфат, що належить до осмотично активних солей, які погано абсорбуються, утримують воду в кишці для відновлення осмотичної рівноваги. Унаслідок збільшення інтестинального об’єму відбувається послаб-лювальний ефект.

Таблиця 25-3. Щоденний баланс води у шлунково-кишковому тракті1, мл

Спожито

2000

Ендогенні секрети

7000

Слинні залози

1500

Шлунок

2500

Жовч

500

Підшлункова залоза

1500

Кишка

1000

7000

Загальна кількість

9000

Реабсорбовано

8800

Голодна кишка

5500

Клубова кишка

2000

Ободова кишка

1300

8800

Вміст у калових масах

200

1 Дані з Moore EW: Physiology of Intestinal Water and Electrolyte Absorption, American Gastroenterological Society, 1976.

Рис. 25-7. Рух йонів через ентероцити у тонкій кишці: СІ» потрапляє у клітину через І\Іа++-2СІ-котранспортер базола-теральної поверхні і секретує у кишковий простір через СІ~-канали, деякі з яких активовані цАМФ; К+ рециклює в інтести-нальну рідину (IP) через базолатеральні К+-канали (відтворено за дозволом з Field М, Roa МС, Chang ЕВ: Intestinal electrolyte transport and diarrheal disease. N Engl J Med 1989;321: 800).

У просвіт кишки секретує незначна кількість К~ спеціально як компонент слизу, а більша частина надходить завдяки руху К+ через шлунково-кишкову слизову оболонку шляхом дифузії. З іншого боку, К+ теж секретує в ободову кишку, оскільки К+-канали є як у люмінальній, так і у базолатеральній мембранах ентероцитів ободової кишки. Рух К+ відбувається пасивно за електрохімічним градієнтом.

Акумуляція К+ в ободовій кишці частково компенсована Н++-АТФ-азою у люмінальній мембрані клітин дистального відділу ободової кишки з кінцевим активним транспортуванням К+ до клітин. Незважаючи на наявність такого механізму, втрати рідини в разі хронічних діарей можуть призводити до вираженої гіпокаліємії.

У випадках тривалого надмірного харчового приймання К+ збільшується секреція альдостерону, і більше К+ надходить до ободової кишки. Це зумовлене частково появою більшості Na+-K+-ATO-a3HHX помп у базолатеральних мембранах клітин і, як наслідок, зростанням внутрішньоклітинного вмісту К+ і дифузії К+ через люмінальні мембрани клітин.

                                                                                                                                                                  

ВСМОКТУВАННЯ ВІТАМІНІВ І МІНЕРАЛІВ Вітаміни

Всмоктування водорозчинних вітамінів відбувається швидко, проте для жиророзчинних вітамінів A, D, Е і К — є недостатнім, якщо абсорбція жирів пригнічена з огляду на нестачу панкреатичних ензимів або жовч не потрапляє до кишки внаслідок обструкції жовчних проток. Більшість вітамінів всмоктується у проксимальній частині тонкої кишки, а вітамін В]2 — у клубовій: він зв’язується з внутрішнім фактором — білком, що секретується в шлунку, а утворений комплекс абсорбується через слизову оболонку клубової кишки (див. Розділ 26).

Всмоктування вітаміну Вр і фолатів є Ка+-залежним процесом, проте всі решта сім водорозчинних вітамінів -тіамін, рибофлавін, ніацин, піридоксин, пантотенат, біотин і аскорбінова кислота — потрапляють в організм за допомогою носіїв, що є Ма+-котранспортерами.

                                                                                                                                                                  

Кальцій

В організмі людини всмоктується від ЗО до 80% спожитого кальцію. Активне транспортування Са2+ з кишкового просвіту відбувається головно у проксимальній частині тонкої кишки і, частково, пасивною дифузією. Його полегшує 1,25-дигідроксихолекальциферол (кальцитріол) — метаболіт вітаміну D, що утворюється у нирках. Цей метаболіт індукує синтезування двох форм Са2-зв’язаних білків у слизових клітинах і декілька форм Са2-БГ-АТФ-аз (див. Розділ 21). Однак остаточно механізми стимулювання метаболітом вітаміну D всмоктування Са2» ще нез’я-совані. Рівень утворення 1,25-дигідроксихолекальциферо-лу збільшується, коли концентрація Са2+ у плазмі зменшується, і навпаки, зі збільшенням вмісту Са2+ у плазмі рівень кальцитріолу зменшується (див. Розділ 21). Очевидно, всмоктування Са2+ залежить від потреб організму: за нестачі Са2+ збільшується, а за надлишку — зменшується. Всмоктування Са2» теж полегшує білок, інгібуючи фосфати й оксалати, оскільки ці аніони утворюють нерозчинні солі з Са2+ у кишках. Всмоктування магнезії теж полегшене відповідним білком.

                                                                                                                                                                  

Залізо

У дорослих кількість заліза, що виходить з організму, порівняно незначна. Ці втрати головно нерегульовані, а кількість депонованого заліза регульована змінами у рівні всмоктування цього мікроелемента з кишки. Чоловіки втрачають понад 0,6 мг/добу, тоді як жінки — по-різному, однак майже вдвічі більше, оскільки додатково втрачають його під час місячних кровотеч. Щоденна доза заліза для європейської популяції та Сполучених Штатів Америки становить 20 мг. Кількість заліза, що абсорбується, майже така ж, що й втрачається; у разі надлишкового приймання настає перевантаження організму залізом. За нормальних умов кількість абсорбованого заліза коливається від 3 до 6% від кількості спожитого. Засвоєння заліза під час всмоктування стимулюють різноманітні харчові фактори, наприклад, фітова кислота, що міститься у зернових пластівцях, реагує з залізом, утворюючи нерозчинну сполуку у кишці. Так само діють фосфати й оксалати.

Найліпше абсорбується двовалентне залізо (Fe2+), однак більшість харчового заліза міститься у феритичній формі (Fe3+). Не більше мінімальної кількості заліза всмоктується у шлунку, проте шлунковий сік розчиняє залізо і дає змогу Fe2+ утворювати розчинні комплекси з аскорбіновою кислотою та іншими речовинами, допомагаючи трансформуватись у Fe2+ форму. Важливість цієї функції пояснює факт, що після часткової гастроектомії порівняно часто розвивається виражена залізодефіцитна анемія. В щіточковій облямівці також виявляється активність Fe3+ редуктази.

Більшість заліза всмоктується в проксимальній частині тонкої кишки. Гемне Fe2+ та негемне Fe2» також абсорбуються. Гем (див. Розділ 27) зв’язується до транспортного білка, форму якого ще остаточно не ідентифіковано, і пере

ходить у цитоплазму, де активність гемоксигенази виводить Fe2» з порфірину й додає його до вільного пулу Fe2+ в енте-роцитах (рис. 25-8). Негемне Fe2H абсорбоване іншими транспортними білками. Декілька білків-кандидатів було ізольовано та клоновано, у тім числі протонозв’язаний з металом транспортер, що має 12 сполучених з мембраною доменів і зв’язує не тільки Fe2+, а й Zn2+, Мп2‘, Са, Cd2‘, Cu2+, Ni2» і Pb2+. Проте досі остаточно не з’ясована кількість і деталі діяльності цих транспортних білків.

Частина цитоплазматичного Fe2+ в ентероцитах окисню-ється до Fe3+ і зв’язується з апоферитином, утворюючи феритин (див. нижче). Є труднощі у вивільненні заліза з депонованої форми, та назагал феритин утримується в ентероцитах до моменту, доки він повністю не переміститься на верхівку ворсинки, а згодом вийде з каловими масами (див. Розділ 26).

Більша частина цитоплазматичного Fe2«, що залишилася, активно транспортується через базолатеральні мембрани ентероцитів і потрапляє в кров, де зв’язується з Fe3+ формою апоферитину, утворюючи трансферитин — активний залізотранспортний білок у плазмі. Цей поліпептид має два залізозв’язувальні сайти. За нормальних умов трансферитин насичений залізом на 35%, і рівень заліза у плазмі становить 130 мг/дл (23ммоль/л) у чоловіків та 110 мг/дл (19 ммоль/л) у жінок.

Всмоктування заліза збільшується у випадку виснаження депонованого заліза організму або зростання еритро-поезу і зменшується за протилежних станів. Деталі механізмів регулювання все ще остаточно не з’ясовані. Крім того, ці процеси залучають поглинання вздовж щіточкової облямівки, що полегшене в разі дефіциту заліза і виникає, коли трансляція апоферитину мРНК зменшується, утворюючи більше Fe2+ для транспортування у кров. За надлишку заліза утворюється більше феритину в ентероцитах, який злущується з цими клітинами до калових мас.

Феритини наявні не тільки в ентероцитах (головному місці депонації заліза), а й у багатьох інших клітинах. Апо-феритин — це глобулярний білок, що складається з 24 суб-одиниць. Залізо утворює міцели гідроксифосфату заліза (II), і у феритині субодиниці оточують цю міцелу. Ферити -нова міцела може вміщувати майже 4500 атомів заліза. Феритин добре видно під електронним мікроскопом, тому його застосовують як елемент-індикатор у разі вивчення фагоцитозу та споріднених явищ. Він також є головною формою депонації заліза в організмі; його молекули у лізосомальних мембранах можуть аґреґуватись у відкладеннях, що містять понад 50% заліза. Такі відкладення називають гемосидерином. В організмі людини 70% від усього заліза містяться у гемоглобіні, 3% — у міоглобіні, а решта — у феритині.

ЬІормальне співвідношення між факторами, що підтримують баланс заліза в організмі, необхідне для здоров’я. Дефіцит заліза спричинює анемію. Якщо ж всмоктується більше заліза, ніж виводиться, то простежується надлишок заліза. У випадку, коли такий стан виражений і тривалий, гемосидерин акумулюється в тканинах, і розвивається гемосидероз. Значна кількість гемосидерину пошкоджує тканини, спричинюючи гемохроматоз. Цей синдром супроводжується пігментацією шкіри, ураженням підшлункової залози діабетом (“бронзовий діабет”), цирозом печін-

ТРАВЛЕННЯ ТА ВСМОКТУВАННЯ / 439

Посмугована

облямівка

Рис. 25-8. Всмоктування заліза. Гем потрапляє в ентероцити за допомогою гемтранспортувального білка (ГБ). Йони Fe2+ через посмуговану облямівку переносить один або кілька залізотранспортувальних білків (ЗТ). Частина Fe2+ оксигенує і зв’язується з феритином. Інші йони проходять через базолатеральну мембрану завдяки активному транспортуванню (AT). Потім вони потрапляють у кров, де Fe3+ зв’язує їх до трансферитину (ТФ). Ентероцити мігрують з крипт до кінчиків ворсинок і з часом злущуються у кишковий простір разом із залізовмісним феритином (модифіковано та відтворено за дозволом з Debnam ES, Srai SKS: Intensinal iron absorption: Cellular mechanism and regulation. News Physiol Sci 1997; 12:184).

ки, високим рівнем випадків печінкових карцином та атрофією гонад. Гемосидероз може бути первинним або вторинним. Анормальний ген, що досить поширений у кавказької популяції, міститься на короткому плечі 6-ї хромосоми, близько зв’язаної з HLA-A локусом. Особи, гомозиготні за цим геном, мають характерну регуляторну систему в слизовій оболонці, що поводиться так, наче дефіцит заліза є навіть тоді, коли рівень споживання заліза високий. Якщо цю аномалію діагностувати, перш ніж надлишок заліза

депонується у тканинах, то тривалість та якість життя можна продовжити повторними кровопусканнями. Вторинний гемохроматоз виникає у випадках, коли залізоре-гулювальні системи переповнені надлишком заліза через хронічну деструкцію еритроцитів, хвороби печінки або хронічно підвищене приймання заліза. Частою причиною надлишкового споживання заліза у деяких місцевостях Африки є споживання страв з ягід, які готують у сталевих барабанах.

Вільям Ф. Ґанонґ. Фізіологія людини