Анатомо-физиологические особенности системы пищеварения и обмена веществ
Пищеварительная система выполняет функции механической и химической обработки пищи, всасывания переработанных веществ в кровь и лимфу, выделение не переваренных веществ (экскреция). Жиры, белки, углеводы имеют крупные молекулы, поэтому, чтобы попасть во внутреннюю среду организма, они подвергаются химическому расщеплению на более мелкие составляющие –именно этот процесс и называется – пищеварение. Вода, минеральные соли, и витамины усваиваются без изменений. Питательные вещества являются как источником энергии, покрывающем энергетические расходы организма, так и строительным материалом, который используется в процессе роста организма и воспроизведения новых клеток, замещающих отмирающие.
Пищеварительная система состоит из пищевой трубки (тракт или канал), длиной 7-8м, общей площадью поверхности = 200-300 м2: и ряда крупных пищеварительных желёз. Трубка образует расширения (ротовую полость, желудок) и множество изгибов и петель.
I. Передний отдел. Ротовая полость, глотка, пищевод – расположены в области головы, шеи и груди, эти органы имеют относительно прямое направление. Его функции – введение пищи, пережёвывание, смачивание слюной (при этом происходит частичная химическая обработка). В глотке происходит перекрест пищеварительных и дыхательных путей.
II. Средний отдел. В брюшной полости трубка резко расширяется – образуя желудок, за ним идёт тонкий кишечник. Здесь пища за счёт пищеварительных соков подвергается химической обработке (в результате образуются простые вещества). В стенках тонкого кишечника осуществляется всасывание продуктов переваривания в кровь и лимфу, благодаря значительному увеличению поверхности её слизистой оболочки за счёт наличия большого числа складок и ворсинок.
III. Задний отдел. К нему относится толстый кишечник, в котором интенсивно всасывается вода и формируются каловые массы. Непереваренные и непригодные к всасыванию вещества удаляются наружу через задний проход.
Стенки пищеварительного канала.
1. Снаружи покрыт рыхлой соединительной тканью (первым идёт плоский эпителий) – это серозная оболочка. Она окутывает большую часть органов пищеварительной системы. В ней располагаются нервы и кровеносные сосуды, она гладкая и влажная.
2. Мышечный слой. Это слой гладких мышц, сокращения которых обеспечивают перестальтические движения кишечника. Чаще всего 2 слоя – внутренний круговой и наружный продольный, разделённый рыхлой волокнистой неоформленной тканью, в которой расположены нервные сплетения, капилляры, кровеносные и лимфатические сосуды. Только мышцы глотки, верхняя треть пищевода, наружный сфинктер ануса – поперечно-полосатая мускулатура.
3. Внутренний слой (слизистый) – образован эпителием, имеет складчатую поверхность (для увеличения поверхности всасывания – в 600 раз). Слой имеет большое количество одноклеточных желёз. Функции этих желёз – ферменты для пищеварения и слизь – защита от травм и химических веществ.
Снаружи поверхность пищеварительной трубки на всём протяжении (кроме пищевода) покрыта брюшиной. Брюшина выстилает также брюшную полость, в которой расположена большая часть тракта, и образует брыжейку, которая поддерживает и подвешивает к задней стенке тела желудок и кишечник. Она образована двумя слоями брюшины, и в ней располагаются нервы и сосуды (идущие к кишечнику в обе стороны). Клетки брюшины имеют влажную поверхность, благодаря чему уменьшается трение отделов тракта друг о друга и о другие органы.
Крупные пищеварительные железы.
Расположены вне пищеварительного тракта. Кроме этого они характеризуются следующими особенностями:
1. Имеют специальные протоки, ведущие в полость тракта.
2. Их соки содержат ферменты, катализирующие расщепление белков, жиров и углеводов (желчь ферментом не является).
3. К ним относятся – три пары слюнных желёз, печень, поджелудочная железа.
Ротовая полость. (cavitas oris).
Здесь пища измельчается с помощью зубов и языка, а также анализируется на вкус. Образована челюстями и сообщается с полостью глотки через зев. Выстлана многослойным эпителием. Язык – образован поперечно-полосатой мускулатурой и слизистой оболочкой. Удлиненно-овальная форма, края, верхушка, тело, корень – им язык прикреплён к дну ротовой полости. Поверхность покрыта множеством вкусовых луковиц, участвующих в определении вкуса.
Функции языка: участие в жевании, глотании, артикуляции речи, определении вкуса. Акт глотания начинается при попадании пищевого комка на корень языка. Это рефлекторный акт, раз начавшись, продолжается как непроизвольный процесс, вплоть до его завершения.
. Зубной аппарат
У человека 32 дифференцированных зуба, расположенных в альвеолах челюстей.
1. Спереди на обеих челюстях находятся по 4 резца (incisive). Резцы имеют плоскую форму и служат для откусывания пищи.
2. За резцами с каждой стороны по одному клыку (canini). Их форма остроконечная, для разрывания пищи, у резцов и клыков по одному корню.
3. За клыками идут по 2 малых коренных.(praemolares) 2 корня, цилиндрическая форма, бугристая поверхность, служат для раздавливания и перетирания пищи (хотя у человека и для разрывания)
Затем по 2 коренных зуба (molares), у них по 2-3 корня, 4-5бугорков, они служат для перемалывания пищи. После 17 лет прорезается 3 зуб (зуб мудрости).
Так расположены зубы с каждой стороны челюсти, сверху и с низу.
Таким образом, зубная формула человека следующая:
2[I 
C 
P M 
] 
Во внешнем строении зуба различают:
1.Коронка - выступающая в полость часть зуба.
2.Шейка – часть зуба, погружённая в десну.
3.Корень – часть зуба, находящаяся в альвеоле челюсти.
Во внутреннем строении различают:
1. Эмаль - покрывает зуб снаружи, состоит из фторида кальция, самая твёрдая ткань в организме, но не способна к регенерации.
2. Дентин – плотное костеподобное вещество, под эмалью.
3.Пульпа – внутренняя часть зуба, представляет собой соединительно-тканную мякоть, пронизанную сосудами и нервами.
4. Цемент – вещество похожее на кость, покрывает корень зуба. Способствует удержанию зуба в альвеоле челюсти.
Зубы появляются у человека с 6 месяцев (молочные зубы – среди них нет моляров), к 10-12 годам молочные меняются на постоянные, к 22 годам прорезаются зубы мудрости.
. Железы ротовой полости
1. Множество мелких одноклеточных желёз по всей стенке полости.
2. 3 пары крупных слюнных желёз: околоушные (открываются на внутренней стороне щёк); подъязычные и подчелюстные (открываются общим протоком под языком).
Слюна выделяется непрерывно, до 2 л в сутки. Выделение усиливается во время еды, при восприятии вида и запаха пищи. Дополнительная функция слюны – выведение избытков веществ (солей, холестерина и др.). Состав слюны – 99,5 % воды, остальное это бактерицидные в-ва (лизоцим), слизь (муцин), и самое главное ферменты –амилаза, мальтаза. Эти ферменты начинают процесс расщепления углеводов до глюкозы. Среда слюны – слабощелочная.
Глотка.(pharynx)
Глотка представляет собой воронкообразный канал длиной 11-12см, обращённый кверху своим широким концом и сплющенный в переднезаднем направлении. Верхняя стенка глотки сращена с основанием черепа. На границе между 6 и 7 шейными позвонками глотка, суживаясь, переходит в пищевод. У взрослого человека глотка вдвое длиннее ротовой полости (у новорожденного = ей). Функция глотки разносторонняя и далеко не ограничивается продвижением пищи изо рта в пищевод. В глотке происходит перекрест дыхательного и пищеварительного путей. Глотка делится на три части: верхнюю – носовую (носоглотка), среднюю – ротовую (ротоглотка) и нижнюю – гортанную. Носоглотка соединена с полостью носа и полостью среднего уха, ротоглотка через зев с полостью рта.
Пищевод. (oesophagus).
Цилиндрическая трубка, длиной 30-35 см со щелевидным просветом. Начинается на границе 6-7 шейных позвонков и заканчивается на уровне 11 грудного позвонка впадением в желудок. Пищевод подвижен (как и глотка) и прикреплен только верхним и нижним концом.(с возрастом пищевод опускается ниже 7 шейный – 1 грудной. Вверху он соединен с трахеей (за ней). Перестальтически сокращаясь, продвигает пищевой комок в желудок от глотки. В слизистой много слизистых желёз – для облегчения продвижения пищи.
Желудок.(gaster).
Однокамерный желудок выполняет ряд функций: резервуар для проглоченной пищи, перемешивает её, осуществляет химическую переработку пищи (прежде всего, белков), эндокринная функция (гастрин), всасывающая функция (сахара, спирт, вода, соли).
Расположен желудок под диафрагмой, в левом подреберье, на уровне от 10-11 грудного позвонка до 12 грудного – 1 поясничного позвонка. Представляет собой полый мышечный (3 слоя мышц, а не 2) орган, в форме реторты или груши, объёмом от 1,5 до 5 л (в зависимости от кол-ва пищи). В нём различают вход или кардиальную часть (в неё входит пищевод), затем дно или фундальную часть – большая часть желудка, и выход – пилорическая или привратниковая часть. Привратник открывается в 12-пёрстную кишку. Слизистая желудка неровная, имеет складки, покрыта многочисленными желудочными ямками. В этих ямках расположены простые, трубчатые железы (их до 14 млн.). Эти железы секретируют желудочный сок.
1 Главные железы выделяют – пепсиноген и реннин
2.Обкладочные железы выделяют – HCl .
3.Добавочные клетки (в районе малой кривизны) выделяют слизь, служащую для защиты стенок желудка от воздействия сока.
Пищеварение в желудке.
Соляная кислота 0,04 – 0,05% создаёт pH=1 – 2,5 (т.е. кислую среду). В привратниковой части среда слабощелочная. Кислота оказывает бактерицидное действие, разрыхляет и размягчает ткани, пепсиноген активирует в пепсин. Пепсин в кислой среде расщепляет белки на пептиды (это вещества, состоящие из 5 – 6 аминокислот). Реннин створаживает молоко. Кроме этого в желудке начинается расщепление жиров, переход витамина В-12 в кровь.
Пища задерживается в желудке на несколько часов. Благодаря сокращению мышц стенок пища, хорошо перемешиваясь с желудочным соком, превращается в полужидкую кашицу – химус. Время от времени пилорический сфинктер открывается, и небольшое кол-во химуса выталкивается в 12-пёрстную кишку.
Регуляция сокоотделения.
I.Условно-рефлекторная осуществляется с участием коры больших полушарий (далее по тексту термин – КБП).
Вид и запах пищи вызывают выделение желудочного сока (аппетитный сок).
Шум, разговоры, чтение тормозят сокоотделение. Стресс, раздражение и ярость приводят к усилению, а страх и тоска тормозят секрецию и моторику желудка.
II.Безусловные рефлексы.
Импульсы от рецепторов ротовой полости и желудка проводятся в продолговатый мозг, от него импульсы идут к железам по блуждающему нерву.
Поэтому приправы, пряности, солености, усиливая возбуждение рецепторов, улучшают аппетит.
Неприятное ощущение голода связано с тем, что усиливаются сокращения стенок желудка, что стимулирует к действиям по утолению голода),он угасает на 3 сутки).
Сигнал о насыщении поступает в ГМ с опозданием на 20 минут ( отсюда возникает опасность переедания).
На состав и кол-во сока влияет и характер пищи.
Тонкий кишечник. (intestinum tenue).
Начинается от привратника желудка, делится на двенадцатипёрстную кишку(широкая, длина 25-30 см), тощую кишку (длина 2-2,5 м – 2/5), подвздошную кишку (2,5 – 3,5 м, 3/5). Диаметр не превышает 3 – 5 см, по всей длине образует петли, которые сверху и с боков ограничены толстым кишечником, а спереди прикрыты большим сальником. Слизистая образует многочисленные круговые складки (для увеличения поверхности), их размер и кол-во уменьшается по направлению к толстой кишке.
Функции тонкого кишечника:
1. Окончательная химическая переработка пищи.
2. Всасывание продуктов расщепления
3. Выработка некоторых биологически активных веществ (секретин, серотонин и др.)
Двенадцатипёрстная кишка. (duodenum).
Имеет форму подковы, огибающей головку поджелудочной железы. В слизистой множество ворсинок (22 – 40 на мм), кроме круговых есть ещё и продольные складки. Кроме этого в слизистой множество желёз выделяющих ферменты (белок), слизь, секретин. С двух сторон в кишку впадают протоки: поджелудочной железы (ферменты) и печени (желчь).
Именно здесь, в 12-перстной кишке происходит окончательное расщепление:
а) трипсин и хемотрипсин – пептиды до аминокислот.
б) амилаза – углеводы до глюкозы.
в) Липаза – жиры до глицерина и жирных кислот (только под воздействием желчи).
Среда щелочная, которую обеспечивает желчь. Регуляция работы – нейрогуморальная (секретин).
Тощая и подвздошная кишка. Большое кол-во ворсинок (2500 на мм2 ). Стенки ворсинок – однослойный эпителий. В каждую ворсинку входит артерия, разветвляющаяся на капилляры и слепозаканчивающийся лимфососуд. Аминокислоты и глюкоза всасываются в кровь, глицерин и жирные кислоты в лимфу.
Всасывание продуктов расщепления происходит за счёт диффузии и сложных биохимических процессов, заключающихся в активном переносе веществ через мембраны клеток, т.е. с затратами энергии АТФ.
Мышечная оболочка, сокращаясь и расслабляясь, обеспечивает перемешивание пищевой кашицы и проталкивание её дальше по кишечнику. Кроме перистальтики есть ещё и маятникообразные движения. Это когда петли кишечника внезапно резко укорачиваются, проталкивая химус из одного конца в другой. В конце тонкого кишечника расположен специальный сфинктер (илеоцекальная заслонка). Через неё химус небольшими порциями поступает в толстый кишечник.
Толстый кишечник. (intestinum crassum).
Подразделяется на: слепую кишку (7-8 см) с червеобразным отростком (аппендикс), восходящую кишку (14-18 см), поперечную кишку (30-80), нисходящую кишку (10см), сигмовидную кишку (12см), прямую кишку (15 см) и заканчивается анальным отверстием. Общая длина от 1,5 до 2 м, ширина 7 см, ширина по мере длины уменьшается, имеются поперечные складки, ворсинок нет. Не переваренная пища проходит по кишке за 12 ч. Слизистая выделяет много слизи (для смазки)
Функции толстого кишечника:
Растительная клетчатка поступает сюда неизменной и в этом отделе пищеварительной системы за неё принимаются бактерии, которые её расщепляют. При этом бактерии вызывают и гниение белков – при этом образуется ряд ядов (от них защищает печень).
1. Бактерии (т.е. микрофлора кишечника) синтезируют витамин К.
2. Всасывается вода и соли, а также продукты жизнедеятельности бактерий.
3. Здесь формируются и накапливаются каловые массы.
В конце прямой кишки 2 сфинктера – из гладкой и поперечно-полосатой мускулатуры. Они замыкают анальное отверстие.
Печень.(gepar)
Самая крупная железа, развивающаяся из выроста тонкого кишечника; масса печени равна1,5 кг+0,4 кг запас крови, хранящийся в печени.
Расположена в брюшной полости под диафрагмой справа (лишь небольшая часть заходит вправо от срединной линии). По внешнему строению в печени различают: две доли – большая правая и значительно меньшая левая. Внизу ворота печени: вход воротной вены, печеночной артерии и нервов, выход печеночных протоков и лимфатических сосудов.
Внешне печень делится на 5 секторов, 8 сегментов (они до некоторой степени обособлены). Печень покрыта фиброзной капсулой. Внутреннее строение – мелкозернистое (дольки призматической формы 1,5 мм в диаметре, плохо отграничены друг от друга). Между дольками – кровеносные сосуды.
Функции печени:
1) Синтез и секреция желчи;
2) Обмен белков (синтез) и липидов;
3) Запас углеводов – в виде животного крахмала гликогена.
4) Синтез витаминов А и В12.
5) Барьерная функция – детоксикация, т.е. очищение от токсинов, протекающей через печень крови.
6) Кроветворный орган – депо железа, из-за разрушения в печени эритроцитов.
7) Гомеостаз – «кровяное депо» - до 20% крови, хранится в печени и в 1мин до 1,5 л крови протекает через печень. Печень способна к регенерации.
Желчный пузырь.(vesika fellea).
Резервуар для хранения и дозревания желчи. Грушевидный мешочек ёмкостью до 40 см.3 прилегает снизу к печени. Протоком открывается в 12-пёрстную кишку. Здесь имеется сфинктер, работающий синхронно со сфинктером привратника желудка. Выделяет 800 – 1000 мл желчи в сутки. Состав желчи – вода, соли желчных кислот, пигменты, холестерин, соли. Желчь усиливает перистальтику, создает в кишке щелочную среду (нейтрализуя, кислую из желудка), эмульгирует жиры (превращая их в мельчайшие капли – в таком виде жиры становятся доступными для расщепления). При воспалении пузыря среда в нем закисляется и соли кислот выпадают в осадок, образуя камни.
Поджелудочная железа.(pancreas).
Вторая по величине железа, масса = 60-100 г, длина 15-22 см, серовато-красноватого цвета, дольчатая. Располагается под желудком от 12-пёрстной кишки до селезёнки на уровне 1 поясничного позвонка. В строении выделяют головку, тело и хвост. Покрыта тонкой соединительной капсулой. По существу состоит из двух желёз. Одна из них экзокринная – вырабатывает 500-700 мл/сутки сока, содержащего:
а) Трипсин ,хемотрипсин – ферменты, расщепляющие белок.
б) амилазу, мальтазу ,глюкозидазу и др. – ферменты, расщепляющие углеводы.
в) липаза – фермент, расщепляющий жиры.
Регуляция аппетита.
Находится под контролем двух нервных центров в гипоталамусе.
Кроме того, на аппетит влияет целый ряд дополнительных факторов, в том числе рефлексы растяжения пищеварительного тракта, физиологическое и психическое состояние человека, нарушение психики или повреждение ГМ. Любой из этих факторов может повлиять на активность центров гипоталамуса и привести к извращению аппетита.
Возрастные особенности пищеварительной системы.
Наиболее существенные морфологические и функциональные отличия между органами взрослого и ребенка наблюдается только в первые годы постнатального развития.
Функциональная активность слюнных желез проявляется с появлением молочных зубов. Особенно значительное усиление слюноотделения происходит в конце первого года. В возрасте 2-2,5 года ребенок имеет 20 молочных зубов. В последующие годы, начиная с 5 – 6 лет, молочные зубы постепенно заменяются на постоянные.
В первые годы постнатального развития интенсивно идет формирование других органов пищеварения: пищевода, желудка, тонкого и толстого кишечника, печени и поджелудочной железы. Меняются их размеры, форма и функциональная активность.
Например, объём желудка с момента рождения до 1 года увеличивается в 10 раз. Его форма у новорожденного – округлая, после 1,5 лет – грушевидная, а с 6 – 7 лет не отличается от взрослой. Значительно изменяется строение мышечного и слизистого слоя. Желудочные железы в первые годы ещё недоразвиты и малочисленны, кол-во ферментов, расщепляющих белки увеличивается интенсивно с 1,5 до 3 лет, затем в 5-6 лет и в 12-14 лет. Содержание соляной кислоты увеличивается до 15-16 лет. Низкая концентрация соляной кислоты обуславливает слабые бактерицидные свойства желудочного сока до 5-6 лет, что способствует более лёгкой восприимчивости к инфекциям тракта. Кол-во желёз в слизистой желудка интенсивно нарастает до 10 лет и приближается к уровню взрослого в 15-16 лет. Кроме того, с возрастом существенно меняется и активность ферментов. В первый год жизни значительно усиливается активность химозина (фермент, действующий на белки молока), а у взрослых он полностью теряет своё значение. У детей до 10 лет в желудке активно идут процессы всасывания.
Поджелудочная железа развивается наиболее интенсивно до 1 года и в 5 – 6 лет. В 11 – 13 лет завершается её морфологическое развитие, а в 15 –16 функциональное. Аналогичные темпы морфофункционального развития наблюдаются у печени и всех отделов кишечника.
Таким образом, в целом следует отметить, что развитие органов пищеварения идёт параллельно с общим физическим развитием детей и подростков. Наиболее интенсивный рост и функциональное развитие органов наблюдается в 1 год, в дошкольном возрасте и, наконец, в подростковом периоде, когда органы пищеварения приближаются к уровню взрослого.
Обмен веществ и энергии.
Обмен веществ (метаболизм) – последовательное потребление, превращение, использование, накопление и потеря веществ и энергии организмом в процессе жизни, позволяющее ему самосохраняться, расти, развиваться и самовоспроизводиться. Между организмом и средой постоянно происходит обмен энергией и веществом. В организм поступают воздух, вода и пища,в организме эти вещества преобразуются. Из организма выделяются излишки тепла, продукты распада и непереваренные остатки.
Совокупность процессов биосинтеза, когда из более простых веществ синтезируются более сложные с накоплением энергии химических связей – ассимиляция.
Совокупность ферментативных процессов расщепления сложных веществ на более простые – диссимиляция.
Оба эти процесса тесно связаны между собой.
Обмен белков. Функция белков в организме – строительная, транспортная (гемоглобин), защитная (антитела), каталитическая (ферменты), двигательная (актин, миозин), информационная (гормоны), энергетическая ( 1 г = 4,1 ккал). Каждый организм имеет свойственные ему белки. Про запас они не откладываются, у взрослого скорость синтеза равна скорости распада, а у детей скорость синтеза белков преобладает над скоростью распада.
Обмен углеводов. Функции – энергетическая (1г=4,1ккал), структурная, гомеостазная (осмотическое давление). Избыток глюкозы под воздействием инсулина переходит в животный крахмал - гликоген.
Обмен жиров. Функции – механическая защита, термоизоляция, структурная, энергетическая ( 1г=9,3ккал).
Превращение веществ: белки превращаются при избытке в углеводы и жиры, углеводы в жиры; и жиры и углеводы не способны превращаться в белки.
Обмен воды и минеральных солей. Без воды жизнедеятельность организма невозможна. Роль микро- и макроэлементов многообразна. Кроме этого организму жизненно необходимы ещё и витамины.
Регуляция обмена в-в – в основном гормональная. Он обеспечивается следующими железами – гипофиз, щитовидная железа, надпочечники, поджелудочная железа, тимус, половые железы и др.
Энергетический обмен.
Для нормальной жизнедеятельности организма ему необходима энергия = 10500 кдж (2500 ккал) в сутки.
Источник энергии – химические связи в органических молекулах пищи. Энергия химических связей преобразуется в организме в электрическую, механическую, тепловую. Действует закон сохранения энергии. Поэтому расход энергии зависит от вида труда, чем больше доля физического труда, тем больше необходимо энергии.
Умственный труд требует затрачивать 2500 ккал в сутки.
Механизированный труд – 35000 - 4000 ккал в сутки.
Немеханический труд – 5000 ккал в сутки.
Тяжёлый немеханизированный труд – 6000 и более ккал в сутки.
В состоянии полного покоя – 2000 ккал в сутки.
Утомляемость не связана с энергозатратами, она зависит от интенсивности нервных процессов во время труда.
Возрастные особенности метаболизма.
Процессы ассимиляции и диссимиляции в здоровом взрослом организме находятся в динамическом равновесии. В детстве, когда происходит усиленный рост, преобладают процессы ассимиляции, в старости – процессы диссимиляции. Эта закономерность может нарушаться в результате различных заболеваний и действия других экстремальных факторов окружающей среды.
Раздел 9.