Пищеварительная система
Человек относится к гетеротрофам, поэтому он получает необходимую ему энергию только путем питания. То, что человек употребляет в пищу, называют пищевыми продуктами. Пищевые продукты состоят из питательных веществ — белков, липидов, углеводов, витаминов и т. д. Питательные вещества усваиваются
организмом и необходимы ему для получения энергии и образования новых клеток.
Пищеварение — это процесс расщепления биополимеров пищи до мономеров и их всасывание во внутреннюю среду организма. Ведущую роль в переваривании пищи играют пищеварительные ферменты. В основном это вещества белковой природы. Пищеварительные ферменты специфичны, для их работы необходимы определенные условия (pH, температура).
Функции пищеварительной системы: пищеварение, всасывание, удаление непереваренных остатков, защитная, секреторная, моторная (обеспечивает глотание,
жевание и т. п.).
Методы изучения пищеварения
Методы И. П. Павлова: метод фистулы, метод мнимого кормления и метод изолированного желудка. Эти методы позволили изучить состав и количество пищеварительных соков, регуляцию их образования.
Метод фистул заключается в том, что проток железы выводится наружу, что позволяет собирать и изучать чистый секрет данной железы. Метод мнимого кормления заключается в том, что у собаки с желудочной фистулой перерезают пищевод, поэтому пища в желудок не попадает. Через несколько минут после начала мнимого кормления начинает выделяться желудочный сок.
Метод изолированного или маленького желудка: собаке делают специальную операцию, во время которой из основной массы желудка выкраивался небольшой кусок, своим основанием связанный с желудком. Из этого куска сшивали так называемый маленький желудок, который был изолирован от большого желудка, но имел с последним общую иннервацию и кровоснабжение. Пища и слюна, попавшая в большой желудок, не попадают в маленький желудок. Однако все, что происходит с железами большого желудка, происходит и с железами маленького желудка. Благодаря тому, что в маленький желудок не попадает пища, можно собирать и исследовать чистый желудочный сок.
При изучении слюноотделения Павловым было доказано, что слюна выделяется
с помощью безусловных и условных рефлексов. Когда собаке давали пищу, то у нее выделялась слюна (безусловный рефлекс). Затем одновременно с подачей корма зажигали лампу. Через некоторое время слюна выделялась только при зажигании лампы, даже если пища в кормушке отсутствовала (условный рефлекс).
Павлов доказал, что выделение желудочного сока также носит рефлекторный характер. Выделение сока происходит с помощью безусловных или условных рефлексов. При попадании пищи в желудок в нем начинается интенсивное выделение желудочного сока (безусловный рефлекс). При виде или запахе пищи также начинает выделяться желудочный сок, который Павлов назвал запальным или аппетитным (это условный рефлекс).
Современные методы:
- зондирование. В полость органов желудочно-кишечного тракта вводится трубка (зонд) и происходит забор пищеварительных соков для изучения их состава и свойств;
- эндоскопия. Это изучение органов с помощью оптических приборов, которые вводятся внутрь пищеварительной системы;
- рентгеноскопия. Больному вводят в пищеварительный тракт особые контрастные вещества (например, сульфат бария) и с помощью рентгеновских лучей изучают органы;
- радиоэлектронные методы. При этом используются специальные «радиопилюли», которые при прохождении по желудочно-кишечному тракту передают с помощью радиоволн информацию о состоянии органов;
- УЗИ (ультразвуковое исследование). На экране получают изображение внутренних органов в результате отражения ультразвука.
Строение пищеварительной системы
В составе пищеварительной системы (рис. 3.34) выделяют пищеварительный канал (трубку) и пищеварительные железы. Пищеварительный канал у взрослого человека имеет длину 8—10 м и большую внутреннюю площадь (200—300 м2). Он представляет собой сквозную трубку, незамкнутую с концов.
Органы пищеварительной трубки имеют общий план строения. Самый внутренний слой стенки органов — слизистая оболочка. Она состоит из трех пластинок: эпителиальной, собственной и мышечной. Эпителиальная пластинка представлена многослойным неороговевающим (глотка, пищевод) или однослойным эпителием (желудок, тонкий кишечник). Собственная пластинка представлена рыхлой соединительной тканью, в которой находятся лимфатические узлы, сосуды, нервные окончания. Мышечная пластинка состоит из миоцитов. Слизистая оболочка покрыта слизью, которая вырабатывается железами (бокаловидными и др.), расположенными на протяжении всего пищеварительного канала.
Рис. 3.34. Отделы пищеварительной системы человека
Под слизистой оболочкой есть подслизистая оболочка, образованная рыхлой соединительной тканью, в которой находятся лимфоидная ткань, сосуды, железы и нервы. Еще глубже расположена мышечная оболочка, состоящая из двух слоев (кругового и продольного), которые разделены рыхлой соединительной тканью.
В основном это оболочка представлена гладкой мышечной тканью, но глотка, верхняя треть пищевода и наружный сфинктер заднего прохода образованы поперечнополосатыми мышцами.
Снаружи большинство органов покрыто серозной оболочкой. Она состоит из соединительной ткани, покрытой однослойным эпителием. Серозная оболочка гладкая и влажная, что облегчает скольжение внутренностей. Некоторые органы пищеварительного тракта не имеют серозной оболочки (глотка, часть пищевода, нижняя часть прямой кишки). Вместо нее эти органы покрыты адвентициальной оболочкой, состоящей из рыхлой соединительной ткани, в которой расположены сосуды и нервы.
Отделы пищеварительного тракта
Ротовая полость. Делится на преддверие рта и собственно полость рта. Преддверие ограничено губами и щеками снаружи, зубами и деснами изнутри. Собственно
полость рта сверху ограничена твердым и мягким нёбом; дном полости рта является диафрагма рта, на которой лежит язык. В ротовую полость открываются протоки слюнных желез. Полость рта сообщается с глоткой через зев.
В полости рта расположены зубы и язык. Зубы — это производные слизистой оболочки ротовой полости. У человека в течение жизни последовательно сменяются два типа зубов: молочные (появляются с 6—8 мес., существуют до 7—8 лет, затем начинают сменяться постоянными) и постоянные (появляются с 6—7 лет и до конца жизни). Зуб (рис. 3.35) состоит из коронки (выступающая над десной часть), шейки (участок между коронкой и корнем, находится только в десне) и корня (погружен в десну и лежит в луночке челюсти, где фиксирован с помощью связки). Зуб построен из дентина, который в области коронки покрыт эмалью, а в области корня — цементом. Эмаль состоит из неорганических солей (96—97%, это фосфат и фторид кальция); в дентине примерно 28% органических веществ (в основном коллаген) и 72% неорганических; цемент по своему составу приближается к кости (30% органических и 70% неорганических веществ). Внутри зуба находится полость, заполненная зубной пульпой. Пульпа состоит из рыхлой соединительной ткани и содержит сосуды и нервы. По форме зубы делятся на резцы, клыки и коренные зубы. Также выделяют так называемые «зубы мудрости» (они относятся к большим коренным зубам), которые появляются у человека самыми последними. Они прорезываются в возрасте 20—25 лет, иногда еще позднее.
Зубная формула ребенка: 2-0-1-2 (половина любой челюсти; большие коренные, малые коренные, клык, резцы). Всего у ребенка 20 молочных зубов.
Зубная формула взрослого человека изображена на рис. 3.36. Всего у взрослого человека 32 зуба.
Рис. 3.36. Зубная формула взрослого человека: А — резцы; Б — клыки; В — малые коренные зубы (премоляры); Г — большие коренные зубы (моляры)
Язык образован поперечнополосатой мышечной тканью, покрытой слизистой оболочкой. Имеет удлиненную овальную форму. Спереди языка находится его верхушка, сзади — корень, а между ними — тело. Слизистая оболочка покрыта неороговевающим многослойным эпителием. Он содержит вкусовые рецепторы, а также участвует в формировании пищевого комка и в образовании звуков речи.
Глотка — это воронкообразный канал. Делится на три части: верхнюю (носовая, или носоглотка) — сообщается с носовой полостью; среднюю (ротовая) — сообщается с ротовой полостью; нижнюю (гортанная) — сообщается с гортанью. Также на боковых стенках носоглотки с обеих сторон есть глоточные отверстия слуховых труб, которые соединяют ее с полостью среднего уха. Вблизи этих отверстий расположены глоточные миндалины (из лимфоидной ткани).
Пищевод — это цилиндрическая трубка длиной 22—30 см. Большая часть пищевода находится в шее и грудной полости, меньшая — в брюшной. Пищевод соединяет желудок с глоткой.
Желудок располагается левее относительно срединной линии. Его объем — 1,5—2,5 л. У человека — однокамерный желудок. Форма желудка напоминает грушу, но постоянно меняется (в зависимости от количества съеденной пищи, положения тела и т. п.). Вход в желудок называется кардиальным отверстием, к нему прилегает кардиальная часть желудка. Слева от нее расположен свод желудка, переходящий
в тело желудка. Выход из желудка называют привратником, а прилегающую часть — пилорической (привратниковой). На выходе из желудка расположен пилорический сфинктер. В слизистой оболочке находится большое количество желез и специальные клетки — эндокриноциты, выделяющие гормоны, регулирующие
пищеварение (например, гастрин). В стенке желудка три слоя гладких мышц, а не два, как в большинстве других органов пищеварительного тракта.
Тонкий кишечник — это наиболее длинный участок пищеварительного тракта: длина тонкого кишечника составляет 5—6 м (взрослый человек). Он состоит из двенадцатиперстной, тощей и подвздошной кишки. В двенадцатиперстную кишку
открываются протоки печени и поджелудочной железы. Тонкая кишка образует петли.
На слизистой оболочке формируются многочисленные складки, ворсинки (рис. 3.37) и микроворсинки (это выросты эпителиальных клеток), которые увеличивают всасывательную поверхность; также в ней расположены многочисленные железы.
Рис. 3.37. Строение ворсинки кишечника
Ворсинки (20—40 на 1 мм2) покрыты однослойным эпителием. Внутри каждой из них есть лимфатический капилляр, слепо начинающийся на вершине. Также в каждую ворсинку входят 1—2 артериолы, которые распадаются на капилляры. Из капилляров кровь собирается в венулы. На эпителиальных клетках ворсинок расположено огромное количество микроворсинок, также увеличивающих всасывательную поверхность. Они содержат ферменты, которые участвуют в пристеночном пищеварении.
Толстый кишечник подразделяется на слепую (с червеобразным отростком — аппендиксом), ободочную (восходящая, поперечная и нисходящая) и прямую (заканчивается задним проходом, около которого находится сфинктер) кишку. Длина толстого кишечника — 1,5—2 м. Толстый кишечник населен бактериями, участвующими в пищеварении. В месте перехода тонкого кишечника в толстый находится сфинктер, который пропускает содержимое из тонкого кишечника в толстый небольшими порциями и не пускает его обратно.
Пищеварительные железы
Пищеварительные железы расположены непосредственно около пищеварительного тракта. К крупным пищеварительным железам относятся слюнные железы, печень и поджелудочная железа. Это железы экзокринной или смешанной (поджелудочная железа) секреции. Все они имеют специальные протоки, ведущие в просвет пи-
щеварительного канала. В стенке канала также находится множество мелких
пищеварительных желез, которые вырабатывают пищеварительные ферменты или слизь.
Слюнные железы
У человека 3 пары больших желез (околоушные (самые крупные), подъязычные и поднижнечелюстные) и несколько малых. Они выделяют слюну (0,5—2 л в сутки), состоящую из воды (до 99%), солей, ферментов и бактерицидного вещества лизоцима. Слюна имеет слабощелочную реакцию.
Печень
Это самая крупная железа человека — ее масса достигает 1,5—2 кг (рис. 3.38). Имеет красно-бурый цвет. Расположена под диафрагмой, справа от срединной линии. Снаружи печень покрыта соединительнотканной капсулой, а затем серозной оболочкой.
В печень входит печеночная артерия и воротная вена. Воротная вена образует воротную систему печени.
Основные клетки печени — гепатоциты, которые формируют печеночные дольки. Между дольками находятся желчные выводные протоки, которые сливаются в общий печеночный проток. За сутки у человека образуется до 1 л желчи. Желчь — это жидкость желтого цвета, состоящая из воды, ионов, желчных кислот и их солей, желчных пигментов (билирубин), холестерина, но не содержащая пищеварительных ферментов. Резервуаром для хранения желчи служит желчный пузырь — грушевидный мешок. От него отходит пузырный проток, соединяющийся с общим печеночным протоком — при этом формируется общий желчный проток. Секреция печенью желчи происходит непрерывно. При приеме пищи секреция желчи рефлекторно усиливается.
Рис. 3.38. Печень и поджелудочная железа
Функции печени:
- участвует в обмене белков, жиров, углеводов;
- запас питательных веществ (гликоген) и некоторых витаминов (A, D);
- депо крови;
- барьерная — очищает кровь от токсинов и других веществ (в том числе лекарств);
- образует желчь, которая эмульгирует жиры и активирует ферменты;
- образование гепарина, препятствующего свертываемости крови;
- синтезирует белки плазмы крови (фибриноген, протромбин);
- разрушение эритроцитов.
Поджелудочная железа
Расположена в брюшной полости позади желудка, ее масса составляет 60—100 г (см. рис. 3.38). Она состоит из головки, тела и хвоста. Снаружи поджелудочная железа покрыта соединительнотканной капсулой, от которой отходят перегородки, делящие ее на дольки. Дольки состоят из ацинусов, в которых синтезируются ферменты, и начальной зоны выводных протоков. Все протоки, соединяясь вместе, образуют главный выводной проток.
Является железой смешанной секреции. Экзокринная часть является сложной альвеолярно-трубчатой железой. Она образует поджелудочный (панкреатический) сок (в день — 0,5—0,7 л), содержащий разнообразные ферменты.
Пищеварение
Пищеварение в ротовой полости
В ротовой полости происходит измельчение и смачивание пищи, ее первичная
химическая обработка и частичное обеззараживание, а также формирование пищевого комка.
В пищеварении в ротовой полости принимают участие язык, зубы и слюна. В норме в ротовой полости содержится нормальная микрофлора, угнетающая патогенную. Наиболее важную роль в ротовой полости играют лизоцим, ферменты (амилаза, мальтаза и нуклеаза) и муцины слюны. Амилаза расщепляет крахмал и гликоген до мальтозы и сахарозы, мальтаза расщепляет мальтозу и сахарозу до моносахаридов. Нуклеаза оказывает противовирусное действие, разрушая генетический материал вирусов. Лизоцим обеззараживает пищу, убивая бактерии. Муцины обеспечивают вязкость и ослизняющие свойства слюны. Они способствуют глотанию пищи.
Регуляция слюноотделения осуществляется нервным и гуморальным путем. Слюноотделение происходит с помощью условных (при виде или запахе пищи) или безусловных (при поступлении пищи в ротовую полость) рефлексов. Нервный центр слюноотделения расположен в продолговатом мозге. Также в регуляции принимают участие симпатические (при их действии количество выделяемой слюны уменьшается) и парасимпатические нервы (их импульсы вызывают выделение большого количества жидкой слюны). Торможение слюноотделения вызывается болью или отрицательными эмоциями.
Пища в ротовой полости находится порядка 20 с, а затем в результате глотания попадает в глотку и далее в пищевод и желудок. Во время глотания тормозится работа дыхательного центра (происходит кратковременная остановка дыхания).
Пищеварение в желудке
Из ротовой полости пищевой комок с помощью глотания поступает в желудок. Время пищеварения в желудке — от 3 до 10 ч. В глубине пищевого комка, попавшего в желудок, продолжают пищеварение ферменты слюны (около 20 мин).
Среди желез желудка выделяют 3 основные группы, представленные следующими типами клеток:
- главные клетки выделяют ферменты;
- обкладочные клетки выделяют соляную кислоту;
- добавочные клетки выделяют слизь.
Желудочный сок (1,5—2 л в сутки) выделяется только железами стенки желудка. Он состоит из воды, соляной кислоты и различных ферментов. Соляная кислота определяет сильнокислую реакцию среды, стимулирует работу желез желудка, активирует ферменты (например, превращение пепсиногена в пепсин), обладает антибактериальным действием и вызывает денатурацию белков. Ферменты желудочного сока: пепсин (действует на белки, разрушая их до пептидов и аминокислот), химозин (створаживает молоко), липаза (действует на жиры).
Слизь, выделяемая железами желудка, содержит белок муцин и защищает слизистую оболочку от действия желудочного сока, участвует в нейтрализации вирусов и всасывании витамина В12.
После завершения переваривания пищи в желудке пищевой комок переходит
в тонкий кишечник (двенадцатиперстную кишку). Перемещение пищи в тонкий кишечник происходит порциями благодаря периодическому расслаблению и сокращению пилорического сфинктера. Переход пищи в кишечник длится до тех пор, пока реакция в двенадцатиперстной кишке не станет кислой. Тогда соляная кислота раздражает рецепторы в слизистой оболочке кишки, сфинктер сокращается, и переход пищи из желудка в кишечник прекращается. Как только реакция в кишке становится щелочной, сфинктер снова расслабляется и в кишечник попадает новая порция пищи. Таким образом, этот процесс имеет рефлекторный механизм, и этот рефлекс называется запирательным пилорическим рефлексом.
Регуляция пищеварения в желудке осуществляется с помощью нервных и гормональных механизмов. Нервный механизм — с помощью безусловных (поступление пищи в желудок) и условных (при виде пищи, запахе и т. д.) рефлексов. Гуморальная регуляция происходит с помощью различных биологически активных веществ: так, гастрин и ацетилхолин усиливают сокращения желудка, а адреналин и норадреналин — тормозят.
Пищеварение в кишечнике
Пищеварение в тонком кишечнике осуществляется ферментами поджелудочной железы и кишечного сока. Также важную роль играет желчь печени.
Пищеварительный сок тонкого кишечника содержит ферменты, переваривающие все питательные вещества до конечных продуктов, в соке толстого кишечника ферментов значительно меньше. Основные ферменты: липазы (действуют на липиды), трипсин и химотрипсин (действуют на белки), амилаза и гликозидаза (действуют на углеводы). В толстом кишечнике содержатся бактерии и микроорганизмы, формирующие «кишечную микрофлору». Микрофлора толстого кишечника участвует в защите от болезнетворных микробов, синтезе витаминов K, B6, В12, расщеплении целлюлозы. Также в стенках кишечника есть специальные лимфоидные образования, входящие в состав иммунной системы организма. В кишечнике — слабощелочная среда.
Движение пищи происходит в направлении прямой кишки под действием движений стенок кишечника. В толстом кишечнике формируются и удаляются каловые массы.
Всасывание
Всасывание — это процесс переноса веществ из полости органов желудочно-кишечного тракта в кровь или лимфу. Общее количество всасываемой ежедневно жидкости составляет 8—9 л.
Всасывание начинается в ротовой полости, но в ней оно незначительно (в кровь поступает вода, лекарства, моносахариды, алкоголь). В желудке также происходит всасывание (вода, алкоголь, витамин В12, небольшое количество ионов и моносахаридов).
Основным отделом пищеварительной системы, в котором происходит всасывание, являются тонкий и толстый кишечник. В тонком кишечнике в основном всасываются органические вещества, а в толстом — вода (5—7 л) и ионы.
В лимфу всасываются продукты переваривания липидов и жирорастворимые витамины. В кровь всасываются простые сахара, аминокислоты, вода и ионы, водорастворимые витамины. Всасывание происходит с помощью пассивного и активного транспорта.
Болезни желудочно-кишечного тракта
- Инфекционные заболевания возникают из-за попадания с пищей простейших, бактерий, грибов и продуктов их жизнедеятельности (ботулизм, брюшной тиф, дизентерия, холера, пищевые токсикоинфекции).
- Глистные заболевания (гельминтозы) вызываются червями-паразитами. Возникают при попадании в организм человека яиц или личинок гельминтов с пищей или при несоблюдении правил гигиены.
- Кариес— болезнь зубов, заключающаяся в постепенном разрушении тканей зуба (сначала эмали, а потом – дентина). Основная причина кариеса — нарушение обмена веществ (например, нехватка фтора в пище) и жизнедеятельность бактерий ротовой полости.
- Гастрит— воспаление слизистой оболочки желудка или кишечника. Возникает из-за некачественного и нерационального питания, а также может иметь бактериальную природу. Может перейти в язву желудка или кишечника, при которой повреждаются более глубокие слои органов пищеварения.
- Аппендицит— воспаление аппендикса. Причины очень разнообразны: попадание в аппендикс инородного тела, большое количество мясных продуктов (особенно консервов) в пище, деятельность бактерий. Лечение — удаление хирургическим путем. Иногда аппендицит может переходить в перитонит — воспаление брюшины.
Профилактика желудочно-кишечных заболеваний:
- соблюдение правил личной гигиены;
- тепловая обработка продуктов;
- соблюдение технологий при производстве консервов;
- использование качественных и свежих продуктов;
- ветеринарный и санитарный контроль качества продуктов, уничтожение переносчиков, в том числе мух и тараканов;
- регулярное обследование детей на наличие гельминтов.
Влияние курения и алкоголя на пищеварение
Курение. Первыми страдают органы ротовой полости: температура дыма значительно выше температуры воздуха, поэтому повреждается эмаль зубов. Со временем на ней появляются трещинки, и зубы курильщика начинают разрушаться. Также в ротовой полости откладываются различные вещества, из-за чего желтеет эмаль зубов и возникает неприятный запах изо рта. Табачный дым раздражает слюнные железы, которые начинают интенсивно выделять слюну (из-за чего курильщики постоянно сплевывают), часть которой вместе с растворившимися в ней вредными веществами проглатывается. Эти ядовитые вещества действуют на слизистую желудка, уменьшая выделение слизи, что чревато возникновением гастрита, а в дальнейшем и язвы. Часть веществ всасывается в кровь и попадает в печень, вызывая поражение ее клеток и ухудшение ее работы.
Алкоголь. В ротовой полости алкоголь подавляет выделение слюны, повышает ее вязкость. При попадании в пищевод спирт действует на гладкие мышцы, ухудшая их работу, что приводит к нарушению глотания. Попав в желудок, спирт действует двояко: в небольших дозах он стимулирует выделение желудочного сока, в больших — резко угнетает (прежде всего, уменьшается количество соляной кислоты и пепсина). Одновременно алкоголь действует на слизистую оболочку, вызывая уменьшение количества выделяемой слизи, что может привести к гастриту и далее к язве. Наиболее сильно от алкоголя страдает печень, т. к. она очищает кровь от спирта, преобразуя его в безвредные вещества. Постоянное потребление больших доз алкоголя приводит к циррозу печени.