Физиология желудочно-кишечного тракта - Gastrointestinal physiology

Физиология желудочно-кишечного тракта это филиал физиология человека который касается физической функции желудочно-кишечный тракт (ЖКТ). Функция желудочно-кишечного тракта - механическая и химическая обработка съеденной пищи, извлечение питательных веществ и вывод продуктов жизнедеятельности. Желудочно-кишечный тракт состоит из пищеварительного канала, который проходит ото рта до ануса, а также связанных с ним желез, химических веществ, гормонов и ферментов, которые помогают пищеварению. Основные процессы, происходящие в желудочно-кишечном тракте: моторика, секреция, регуляция, пищеварение и кровообращение. Правильное функционирование и координация этих процессов жизненно важны для поддержания хорошего здоровья, обеспечивая эффективное пищеварение и усвоение питательных веществ.[1][2]

Подвижность

Желудочно-кишечный тракт производит подвижность с помощью гладкая мышца субъединицы, связанные щелевые соединения. Эти субъединицы активируются спонтанно, либо в тоническом, либо в фазовом режиме. Тонические сокращения - это сокращения, которые сохраняются от нескольких минут до часов за раз. Они возникают в сфинктерах тракта, а также в передней части желудка. Другой тип сокращений, называемый фазическими сокращениями, состоит из коротких периодов расслабления и сокращения, происходящих в задней части желудка и тонкой кишки, и осуществляется muscularis externa.

Подвижность может быть гиперактивной (гипермобильность), приводя к диарее или рвоте, или недостаточной (пониженной моторикой), приводящей к запору или рвоте; любой из них может вызвать боль в животе.[3]

Стимуляция

Стимуляция этих сокращений, вероятно, происходит от модифицированных гладкомышечных клеток, называемых интерстициальные клетки Кахаля. Эти клетки вызывают спонтанные циклы медленные волновые потенциалы это может вызвать потенциалы действия в гладкомышечных клетках. Они связаны с сократительной гладкой мышцей через щелевые соединения. Эти медленные волновые потенциалы должны достичь порогового уровня для возникновения потенциала действия, после чего Ca2+ каналы на гладких мышцах открываются, и возникает потенциал действия. Поскольку сокращение оценивается в зависимости от количества Ca2+ попадает в клетку, чем больше продолжительность медленной волны, тем больше потенциалов действия возникает. Это, в свою очередь, приводит к увеличению силы сокращения гладких мышц. И амплитуда, и длительность медленных волн могут быть изменены в зависимости от наличия нейротрансмиттеры, гормоны или другой паракринная передача сигналов. Количество медленных волновых потенциалов в минуту зависит от расположения в пищеварительном тракте. Это число колеблется от 3 волн в минуту в желудке до 12 волн в минуту в кишечнике.[4]

Схемы сокращения

Паттерны сокращения ЖКТ в целом можно разделить на два различных паттерна: перистальтика и сегментация. Между приемами пищи мигрирующий двигательный комплекс представляет собой серию перистальтических волновых циклов в различных фазах, начиная с расслабления, за которым следует повышение уровня активности до пикового уровня перистальтической активности, продолжающегося 5–15 минут.[5]Этот цикл повторяется каждые 1,5–2 часа, но прерывается при приеме пищи. Роль этого процесса, вероятно, заключается в удалении лишних бактерий и пищи из пищеварительной системы.[6]

Перистальтика

Перистальтика анимации

Перистальтика - это один из паттернов, возникающих во время и вскоре после еды. Сокращения возникают в виде волновых паттернов, движущихся по коротким отрезкам желудочно-кишечного тракта от одного участка к другому. Сокращения происходят непосредственно за болюс пищи, которая находится в системе, заставляя ее двигаться к анусу в следующий расслабленный участок гладкой мускулатуры. Эта расслабленная часть затем сокращается, обеспечивая плавное поступательное движение болюса со скоростью 2–25 см в секунду. Этот образец сокращения зависит от гормонов, паракринных сигналов и автономная нервная система для правильного регулирования.[4]

Сегментация

Сегментация также происходит во время и вскоре после еды на короткие отрезки в сегментированном или случайном порядке вдоль кишечника. Этот процесс осуществляется за счет расслабления продольных мышц, в то время как круговые мышцы сокращаются на чередующихся участках, перемешивая пищу. Такое смешивание позволяет пище и пищеварительным ферментам поддерживать однородный состав, а также обеспечивать контакт с эпителий для правильного впитывания.[4]

Секреция

Каждый день пищеварительная система выделяет семь литров жидкости. Эта жидкость состоит из четырех основных компонентов: ионов, пищеварительных ферментов, слизи и желчи. Около половины этих жидкостей секретируются слюнными железами, поджелудочной железой и печенью, которые составляют вспомогательные органы и железы пищеварительной системы. Остальная часть жидкости секретируется эпителиальными клетками ЖКТ.

Ионы

Самый большой компонент секретируемых жидкостей - это ионы и вода, которые сначала секретируются, а затем реабсорбируются по ходу тракта. Выделяемые ионы в основном состоят из H+, К+, Cl−, HCO3− и Na+. Вода следует за движением этих ионов. Желудочно-кишечный тракт выполняет эту перекачку ионов с помощью системы белков, которые способны активный транспорт, облегченное распространение и движение ионов открытого канала. Расположение этих белков на апикальный и базолатеральный стороны эпителия определяют чистое движение ионов и воды в тракте.

ЧАС+ и Cl− секретируются париетальные клетки в просвет желудка, создавая кислые условия с низким pH, равным 1. H+ перекачивается в желудок путем обмена с K+. Для этого процесса также требуется АТФ как источник энергии; однако Cl− затем следует положительный заряд в H+ через открытый апикальный канал белка.

HCO3− секреция происходит для нейтрализации кислотных выделений, которые попадают в двенадцатиперстная кишка тонкой кишки. Большая часть HCO3− происходит из поджелудочной железы ацинарные клетки в виде NaHCO3 в водном растворе.[5] Это результат высокой концентрации как HCO3− и Na+ присутствует в воздуховоде, создавая осмотический градиент к которому следует вода.[4]

Пищеварительные ферменты

Вторая важная секреция желудочно-кишечного тракта - это пищеварительные ферменты, которые выделяются во рту, желудке и кишечнике. Некоторые из этих ферментов секретируются дополнительными органами пищеварения, тогда как другие секретируются эпителиальными клетками желудка и кишечника. В то время как некоторые из этих ферментов остаются встроенными в стенку желудочно-кишечного тракта, другие секретируются неактивными профермент форма.[4] Когда эти проферменты достигают просвета тракта, фактор, специфичный для конкретного профермента, активирует его. Ярким примером этого является пепсин, который секретируется в желудке главные ячейки. Пепсин в секретируемой форме неактивен (пепсиноген ). Однако, как только он достигает просвета желудка, он активируется в пепсин благодаря высокой концентрации H + становится жизненно важным ферментом для пищеварения. Высвобождение ферментов регулируется нервными, гормональными или паракринными сигналами. Однако в целом парасимпатическая стимуляция увеличивает секрецию всех пищеварительных ферментов.

Слизь

Слизь выделяется в желудке и кишечнике и служит для смазки и защиты внутренней слизистой оболочки тракта. Он состоит из особого семейства гликопротеины названный муцины и обычно очень вязкий. Слизь состоит из двух типов специализированных клеток, называемых слизистыми клетками желудка и бокаловидные клетки в кишечнике. Сигналы об увеличении выделения слизи включают парасимпатическую иннервацию, реакцию иммунной системы и мессенджеров кишечной нервной системы.[4]

Желчь

Желчь секретируется в двенадцатиперстную кишку тонкой кишки через общий желчный проток. Он вырабатывается клетками печени и хранится в желчном пузыре до высвобождения во время еды. Желчь состоит из трех элементов: желчные соли, билирубин и холестерин. Билирубин - это продукт распада гемоглобина. Присутствующий холестерин выделяется с калом. Компонент желчной соли представляет собой активное неферментативное вещество, которое способствует всасыванию жира, помогая ему образовывать эмульсию с водой из-за его амфотерный природа. Эти соли образуются в гепатоциты из желчных кислот в сочетании с аминокислота. Другие соединения, такие как продукты распада лекарств, также присутствуют в желчи.[5]

Регулирование

Пищеварительная система имеет сложную систему регуляции моторики и секреции, которая жизненно важна для правильного функционирования. Эта задача решается системой длинных рефлексов со стороны Центральная нервная система (ЦНС), короткие рефлексы со стороны кишечная нервная система (ENS) и рефлексы со стороны GI пептиды работают в гармонии друг с другом.[4]

Длинные рефлексы

При длительных рефлексах на пищеварительную систему сенсорный нейрон отправляет информацию в мозг, который интегрирует сигнал и затем отправляет сообщения в пищеварительную систему. Хотя в некоторых ситуациях сенсорная информация поступает из самого тракта GI; в других случаях информация получена из источников, отличных от желудочно-кишечного тракта. Когда возникает последняя ситуация, эти рефлексы называются рефлексами прямой связи. Этот тип рефлекса включает реакции на пищу или эффекты, вызывающие опасность в желудочно-кишечном тракте. Эмоциональные реакции также могут вызывать реакцию желудочно-кишечного тракта, такую ​​как ощущение бабочек в желудке при нервозности. Рассмотрены прямой и эмоциональный рефлексы желудочно-кишечного тракта. головной рефлексы.[4]

Короткие рефлексы

Контроль над пищеварительной системой также поддерживается ENS, который можно рассматривать как пищеварительный мозг, который помогает регулировать моторику, секрецию и рост. Сенсорная информация от пищеварительной системы может быть получена, интегрирована и обработана только кишечной системой. Когда это происходит, рефлекс называется коротким рефлексом.[4] Хотя это может иметь место в нескольких ситуациях, ENS также может работать вместе с CNS; афференты блуждающего нерва из внутренних органов принимаются мозговым веществом, эфференты подвергаются влиянию блуждающий нерв. Когда это происходит, рефлекс называется ваговагальный рефлекс. В мышечно-кишечное сплетение и подслизистое сплетение оба расположены в стенке кишечника и получают сенсорные сигналы от просвета кишечника или ЦНС.[5]

Пептиды желудочно-кишечного тракта

Для получения дополнительной информации см. Желудочно-кишечный гормон

Пептиды GI представляют собой сигнальные молекулы, которые выделяются в кровь самими клетками GI. Они действуют на различные ткани, включая мозг, дополнительные органы пищеварения и желудочно-кишечный тракт. Эффекты варьируются от возбуждающего или подавляющего действия на моторику и секрецию до чувства сытости или голода при воздействии на мозг. Эти гормоны делятся на три основные категории: гастрин и секретин семьи, причем третья состоит из всех остальных гормонов, в отличие от гормонов в двух других семьях. Дополнительная информация о пептидах GI обобщена в таблице ниже.[7]

Общая информация о пептидах GI
СекретноЦельВлияние на эндокринную секрециюВлияние на экзокринную секрециюВлияние на моторикуПрочие эффектыСтимул к освобождению
ГастринG клетки в желудкеКлетки ECL; париетальные клеткиНиктоУвеличивает секрецию кислоты, усиливает рост слизиСтимулирует сокращение желудкаНиктоПептиды и аминокислоты в просвете; пептид, высвобождающий гастрин, и АХ в нервных рефлексах
Холецистокинин (CCK)I эндокринные клетки тонкого кишечника; нейроны головного мозга и кишечникаЖелчный пузырь, поджелудочная железа, гладкие мышцы желудкаНиктоСтимулирует ферменты поджелудочной железы и секрецию HCO3.Стимулирует сокращение желчного пузыря; препятствует опорожнению желудкаСытостьЖирные кислоты и некоторые аминокислоты
СекретинЭндокринные S-клетки тонкого кишечникаПоджелудочная железа, желудокНиктоСтимулирует панкреатическую и печеночную секрецию HCO3-; подавляет секрецию кислоты; рост поджелудочной железыСтимулирует сокращение желчного пузыря; Препятствует опорожнению желудкаНиктоКислота в тонком кишечнике
Пептид, ингибирующий желудочныйЭндокринные К-клетки тонкого кишечникаБета-клетки поджелудочной железыСтимулирует высвобождение инсулина поджелудочной железыПодавляет секрецию кислотыНиктоСытость и липидный обменГлюкоза, жирные кислоты и аминокислоты в тонком кишечнике
МотилинЭндокринные М-клетки тонкого кишечникаГладкая мышца желудка и двенадцатиперстной кишкиНиктоНиктоСтимулирует мигрирующий двигательный комплексДействие в головном мозге, стимулирует миграционный двигательный комплексГолодание: циклическое высвобождение каждые 1,5–2 часа нервным стимулом.
Глюкагоноподобный пептид-1Эндокринные клетки тонкого кишечникаЭндокринная поджелудочная железаСтимулирует выброс инсулина; подавляет высвобождение глюкагонаВозможно подавляет секрецию кислотыЗамедляет опорожнение желудкаСытость; различные функции ЦНССмешанные блюда из жиров и углеводов

Пищеварение

Спланхническое кровообращение

внешняя ссылка

Примечания и ссылки

  1. ^ Троуэрс, Юджин; Тишлер, Марк (19 июля 2014 г.). Физиология желудочно-кишечного тракта: клинический подход. Springer. п. 9. ISBN  9783319071640.
  2. ^ «Физиология человека / Пищеварительная система - Викиучебники, открытые книги для открытого мира». en.wikibooks.org. Получено 2016-09-05.
  3. ^ Дроссман, Д.А. (19 февраля 2016 г.). «Функциональные желудочно-кишечные расстройства: история, патофизиология, клинические особенности и Рим IV». Гастроэнтерология. 150 (6): 1262–1279.e2. Дои:10.1053 / j.gastro.2016.02.032. PMID  27144617.
  4. ^ а б c d е ж грамм час я Сильверторн, доктор философии, Ди Англауб (2 апреля 2006 г.). Физиология человека: комплексный подход. Бенджамин Каммингс. ISBN  0-8053-6851-5.
  5. ^ а б c d Bowen DVM PhD, R (5 июля 2006 г.). «Патофизиология пищеварительной системы». Получено 2008-03-19.
  6. ^ Носек, доктор философии, Т. "Основы физиологии человека". Архивировано из оригинал на 2008-04-01. Получено 2008-03-19.
  7. ^ «Обзор желудочно-кишечных гормонов». www.vivo.colostate.edu. Архивировано из оригинал на 2018-08-14. Получено 2016-09-16.