Фізіологічні механізми всмоктування в кишечнику «новини« український журнал гастроентерології,
С.Т. Метельський
(Науково-дослідний інститут загальної патології і патофізіології РАМН)
Мета лекції. Розглянути фізіологічні механізми всмоктування в шлунково-кишковому тракті (ШКТ).
Основні положення. У літературі ці питання висвітлюються з трьох сторін: 1) топографія всмоктування речовин в різних відділах шлунково-кишкового тракту - шлунок, дванадцятипала кишка, худа, клубова і товста кишка; 2) основні функції ентероцитів; 3) основні механізми всмоктування в кишечнику. Розглянуто 7 основних механізмів всмоктування речовин в кишечнику.
Висновок. З усього шлунково-кишкового тракту худа і клубова кишка характеризуються найширшим спектром всмоктування різних з'єднань. Розуміння фізіологічних механізмів всмоктування в тонкій кишці має велике значення в практичній гастроентерології.
Ключові слова:
Всмоктування, іони, натрій, нутрієнти, шлунково-кишковий тракт, проста дифузія, полегшена дифузія, осмос, фільтрація, навколо-транспорт, активний транспорт, пов'язаний транспорт, вторинно енергізованний транспорт, ендоцитоз, трансцитозу, Р-глікопротеїн.
Основні механізми всмоктування
Стінка тонкої кишки, де відбувається найбільш інтенсивне всмоктування основних поживних речовин, або нутрієнтів, складається з слизової оболонки (ворсинки і кишкові залози), підслизової (де знаходяться кровоносні і лімфатичні судини), м'язового шару (де знаходяться нервові волокна) і серозної оболонки. Слизову оболонку утворюють ворсинки, вкриті одношаровим епітелієм з вкрапленням келихоподібнихклітин; всередині ворсинок проходять лімфатичні судини, капілярна мережа, нервові волокна.
Характерна особливість транспорту речовин в епітелії тонкої кишки полягає в тому, що він здійснюється через моношар клітин. Всмоктуюча поверхня такого моношару істотно збільшена за рахунок мікроворсинок. Ентероцита тонкої кишки, де в основному відбувається всмоктування поживних речовин (нутрієнтів), асиметричні, або поляризовані: апикальная і базальна мембрани відрізняються один від одного по проникності, набору ферментів, величині різниці електричних потенціалів і виконують неоднакові транспортні функції.
Іони потрапляють в клітини за допомогою іонних каналів або спеціальних молекулярних машин - насосів. Енергія для входу іонів в клітину зазвичай забезпечується через плазматичну мембрану електрохімічним градієнтом натрію, що генерується і підтримуваним завдяки функціонуванню Na +. K + -АТФазного насоса. Цей насос локалізована на базолатеральной мембрані, зверненої в кров (рис. 1).
Енергія, яку можна отримати з електрохімічного потенціалу Na + (різниця іонних концентрацій + різниця електричних потенціалів на мембрані) і яка виділяється, коли входить натрій перетинає плазматичну мембрану, може бути використана іншими транспортними системами. Отже, Na +. K + -АТФазний насос виконує дві важливі функції - відкачує з клітин Na + і генерує електрохімічний градієнт, що забезпечує енергією механізми входу розчинених речовин.
Терміном «всмоктування» позначають сукупність процесів, що забезпечують перенесення речовин з просвіту кишки через шар епітелію в кров і лімфу; секреція - це рух в протилежному напрямку.
Всмоктування в різних відділах шлунково-кишкового тракту
У шлунку всмоктується 20% спожитого алкоголю, а також коротколанцюгові жирні кислоти. У дванадцятипалій кишці - вітаміни A і B1, залізо, кальцій, гліцерин, жирні кислоти, моногліцериди, амінокислоти, моно-і дисахариди. У порожній кишці - глюкоза, галактоза, амінокислоти і дипептиди, гліцерин і жирні кислоти, моно- і дигліцериди, мідь, цинк, калій, кальцій, магній, фосфор, йод, залізо, жиророзчинні вітаміни D, E і K, значна частина комплексу вітамінів В, вітамін С і залишки алкоголю. У клубової кишці - дисахариди, натрій, калій, хлорид, кальцій, магній, фосфор, йод, вітаміни C, D, E, K, B1. B2. B6. B12 і велика частина води. У товстій кишці - натрій, калій, вода, гази, деякі жирні кислоти, що утворилися при метаболізмі рослинних волокон і неперетравленого крохмалю, вітаміни, синтезовані бактеріями, - біотин (вітамін Н) і вітамін К.
Основні функції ентероцитів
До основних функцій ентероцитів відносять такі.
Поглинання іонів. включаючи натрій, кальцій, магній і залізо, - за механізмом їх активного транспорту.
Поглинання води (трансклеточно або навколо-), - відбувається за рахунок осмотичного градієнта, утвореного і підтримуваного іонними насосами, зокрема Nа +. До + -АТФази.
Поглинання цукрів. Ферменти (полісахарідази і дісахарідази), локалізовані в глікокаліксі, розщеплюють великі молекули цукру на більш дрібні, які потім всмоктуються. Глюкоза переноситься через апикальную мембрану ентероцита за допомогою Nа + залежного транспортера глюкози. Глюкоза переміщається через цитозоль (цитоплазму) і виходить з ентероциту через базолатеральную мембрану (в капілярну систему) за допомогою транспортера GLUT-2. Галактоза переноситься за допомогою такої ж транспортної системи. Фруктоза перетинає апикальную мембрану ентероцита, використовуючи транспортер GLUT-5.
Поглинання пептидів і амінокислот. У глікокаліксі ферменти пептідази розщеплюють білки до амінокислот і невеликих пептидів. Ентеропептідази активують перетворення панкреатичного тріпсіногена в трипсин, який, в свою чергу, активує інші панкреатичні зімогени.
Поглинання ліпідів. Ліпіди - тригліцериди і фосфоліпіди - розщеплюються і пасивно дифундують в ентероцита, а вільні і етерифіковані стерини всмоктуються в складі змішаних міцел (див. Нижче). Ліпідні молекули невеликого розміру транспортуються в капіляри кишечника через щільні контакти. Потрапили в ентероціт стерини, включаючи холестерин, етерифікування під дією ферменту ацил-КоА: холестерин ацілтрансферази (АХАТ) разом з ресинтезувати трігліцерідамі, фосфоліпідами і аполипопротеинами включається до складу хіломікронів, які секретуються в лімфу і потім в кровотік.
Поглинання вітамінів. Для всмоктування вітамінів використовуються, як правило, механізми всмоктування інших речовин. Особливий механізм існує для всмоктування вітаміну В12 (див. Нижче).
Секреція імуноглобулінів. IgA з плазматичних клітин слизової оболонки за допомогою механізму рецепторопосредованного ендоцитозу поглинається через базолатеральную поверхню і у вигляді комплексу рецептор-IgA вивільняється в просвіт кишечника. Наявність рецептора надає молекулі додаткову стабільність.
Основні механізми всмоктування сполук в кишечнику
На рис. 2 представлені основні механізми всмоктування речовин. Розглянемо зазначені механізми більш детально.
Пресистемний метаболізм. або метаболізм (ефект) першого проходження кишкової стінки. Явище, при якому концентрація речовини перед попаданням в кровоносне русло різко знижується. При цьому якщо введене речовина є субстратом P-глікопротеїну (див. Нижче), його молекули можуть неодноразово надходити в ентероцита і виводитися з нього, в результаті чого ймовірність метаболізму даного з'єднання в ентероцитах зростає.
P-глікопротеїн у великій кількості експресувати в нормальних клітинах, що вистилають кишечник, проксимальні канальці нирок, капіляри гематоенцефалічного бар'єру, і в клітинах печінки. Транспортери типу P-глікопротеїну є членами надсемейства найбільшого і найбільш стародавнього сімейства транспортерів, представленого в організмах від прокаріотів до людини. Це трансмембранні білки, функцією яких є транспорт широкого спектра