План урока:

Принципы строения и работы пищеварительной системы

Основные классы питательных веществ

Ферменты

Автономная регуляция работы пищеварительной системы

Микрофлора и иммунная защита

Для поддержания жизни нужны энергия и вещество, которые поступают извне. Клетки человеческого тела работают на «топливе», источником которого является пища. Но для того, чтобы извлечь энергию, пищу нужно обработать, а её молекулы расщепить на более мелкие. В этом заключается работа пищеварительной системы.

Общее строение пищеварительной системы

Принципы строения и работы пищеварительной системы

В общих чертах пищеварительная система напоминает длинную трубку, состоящую из трёх слоёв.

Внутренний слой – это слизистая оболочка. Средний слой – это мышечная оболочка. Она почти полностью состоит из гладкомышечной (непроизвольной) мускулатуры. Снаружи мышцы идут в продольном направлении, внутри – в круговом (циркулярном, кольцевом) направлении.

Для того, чтобы пища продвигалась и перемешивалась, мускулатура пищевода, желудка и кишечника сокращается. Эти сокращения строго согласованны и внешне напоминают волну. Такая активность пищеварительной трубки называется перистальтикой.

Перистальтика

Однако на концах пищеварительной трубки находится и скелетная (произвольная) мускулатура: полость рта, глотка, часть пищевода и часть анального канала – выхода из прямой кишки. Благодаря произвольной мускулатуре человек сознательно управляет жеванием, глотанием и дефекацией (освобождением кишечника от каловых масс).

Наружный слой представлен или брюшиной или рыхлой волокнистой соединительной тканью. Брюшина – это соединительная ткань, покрытая однослойным плоским эпителием – мезотелием. Какие-то участки пищеварительной системы она охватывает полностью со всех сторон, а какие-то лишь частично. Благодаря брюшине органы пищеварительной системы легко перемещаются относительно друг друга.

Брюшина (выделена жёлтым и серо-розовым цветом) покрывает кишку

Основные классы питательных веществ

Пища состоит из нескольких типов питательных веществ: белки, жиры, углеводы, витамины и минеральные вещества. Белки и углеводы – это крупные молекулы, которые похожи на  цепочку из одинаковых или почти одинаковых звеньев.

Молекула белка – это цепь из аминокислот

Белок – это цепь аминокислот, многие углеводы (крахмал, гликоген) – это цепь моносахаридов (глюкоза, фруктоза, галактоза).

Крупные молекулы углеводов (полисахариды) – это цепи из углеводов-мономеров (моносахаридов)

Жиры – это группа разных молекул. В основном это триглицериды, фосфолипиды, а также холестерол или холестерин. Триглицериды состоят из глицерола (глицерина) и жирных кислот.

Строение триглицерида

Всасываются только самые мелкие звенья молекул – моносахариды, аминокислоты и фрагменты молекул липидов. Особенно это важно для белков. Чужой белок или его фрагмент – это сигнал для иммунной системы «Что это? Враг? Надо с этим разобраться!». Иммунная система реагирует на белок, а проявляется это как аллергическая реакция. Поэтому белок должен быть разрушен до аминокислот или хотя бы их очень коротких последовательностей.

Поэтому грудных детей перестали кормить коровьим молоком. Их кишечник устроен так, что белок коровьего молока не успевает полностью разрушиться и попадает в кровь. Иммунная система атакует белок и развивается аллергическая реакция. Поэтому врачи настоятельно просят мам сохранять грудное вскармливание до года. К году у младенца пищеварительная система дозревает и аллергия на коровье молоко проходит. Если у матери не хватает молока, используют специальные смеси на основе особым образом обработанного коровьего или козьего молока.

Ферменты

Молекулы белков, жиров и углеводов расщепляют пищеварительные ферменты. Фермент – это белок, который катализирует (ускоряет) биохимические реакции. Пищеварительные ферменты разламывают крупные молекулы белков, углеводов и жиров на более мелкие.

Амилаза. Фермент амилаза расщепляет молекулу полисахарида

Ферменты очень требовательны к условиям, в которых они находятся. Например, к концентрации ионов водорода. В кислой среде много ионов водорода, а в щелочной ионов водорода мало. Степень кислотности среды отображают с помощью показателя pH.

От количества ионов водорода в растворе зависит активность фермента. Ферменты желудочного сока работают в очень кислой среде. Когда они попадают из желудка в щелочную среду тонкой кишки, их способность расщеплять молекулы пищи теряется.

Автономная регуляция работы пищеварительной системы

Работа пищеварительной системы регулируется вегетативной (автономной) нервной системой и эндокринной системой. Но самое удивительное в том, что существует отдельная нервная и гуморальная регуляция процессов пищеварения.

У пищеварительной системы есть своя энтеральная нервная система. «Энтеральная» означает «кишечная». Энтеральная нервная система работает отдельно от вегетативной нервной системы, она регулирует перистальтику и секрецию пищеварительных соков. Хотя вегетативная нервная система оказывает на органы пищеварения очень большое влияние. За свою самостоятельность энтеральная нервная система получила прозвище «кишечный мозг».

В пищеварительной системе есть свой центр эндокринной регуляции – диффузная эндокринная система или APUD-система. Клетки APUD-системы вырабатывают гормоны, которые координируют работу пищеварительных органов. Такие клетки есть и в других системах.

Микрофлора и иммунная защита

Пищеварительная система – это граница между внутренней средой организма и внешней средой. А значит здесь должны быть обезврежены все болезнетворные микроорганизмы и опасные вещества. Поэтому в пищеварительной системе очень много скоплений лимфоидной ткани.

В человеческом организме, на слизистых оболочках и коже живёт очень много бактерий. Большинство из них человеку необходимы. Количество бактерий больше, чем клеток самого организма. Мы этого не замечаем, потому что бактерии во много раз меньше человеческих клеток.

Около 75% микроорганизмов живут в толстой кишке. Всего в пищеварительной системе обнаружили более 500 видов микроорганизмов, в основном это бактерии.

Кишечная микрофлора

В каждом отделе пищеварительной системы есть «своя» микрофлора. От микрофлоры ротовой полости зависит состояние зубов и дёсен. В желудке «своих» бактерий нет, в тонкой кишке их мало, в этих отделах встречается микрофлора ротовой полости.

Что делают бактерии для пищеварительной системы:

• Обеспечивают клетки слизистой оболочки кишечника питательными веществами.
• Участвуют в обновлении клеток слизистой оболочки кишечника.
• Регулируют перистальтику кишечника.
• Создают барьер на слизистой оболочке, который защищает от болезнетворных бактерий.
• «Тренируют» иммунные клетки кишечника. Бактерии взаимодействуют с иммунными клетками, активируют их и способствуют образованию новых иммунных клеток. У животных, которых вырастили в стерильных условиях, мало иммунных клеток и лимфоидной ткани в кишечнике. Если кишечник заполняют нормальной микрофлорой, он «догоняет» по составу иммунных клеток и лимфоидной ткани пищеварительную систему обычных животных.
• Обезвреживают вредные вещества, которые попадают в кишечник или образуются во время пищеварения.
• Повышают устойчивость клеток слизистой оболочки кишечника к действию канцерогенов – веществ, провоцирующих образование злокачественной опухоли.
• Участвуют в переваривании питательных веществ.
• Синтезируют витамины для себя, часть которых идёт на нужды организма.
• В процессе жизнедеятельности выделяют тепловую энергию, которая частично согревает организм.

Они участвуют в пищеварении, вырабатывают нужные и вредные для организма вещества, тренируют иммунную систему. Клетки кишки – энтероциты тоже вырабатывают питательные вещества, необходимые бактериям.

В последнее время популярной стала тема взаимосвязи между кишечной микрофлорой и головным мозгом. Замечено, что у людей с хроническими воспалительными заболеваниями кишечника происходят небольшие изменения в психике.

С одной стороны, головной мозг влияет на работу пищеварительной системы через вегетативную нервную систему, энтеральную нервную систему и эндокринную систему. Но, возможно, микрофлора пищеварительной системы тоже влияет на работу головного мозга.

Большинство данных на эту тему получают из экспериментов с животными. У мышей, которые лишены микрофлоры, развиваются расстройства поведения, которые напоминают психические расстройства человека. Как оказалось, микрофлора кишечника матери во время беременности влияет на развитие головного мозга у мышат. Например, у мышат, рождённых от таких матерей, микроглиальные клетки (специальные иммунные клетки мозга) работают хуже, чем у обычных мышат. То же самое происходит у взрослых мышей, которых лишили кишечной микрофлоры.

Полезные бактерии кишечника погибают при неправильном употреблении антибиотиков. Антибиотики назначают при инфекционных и гнойных заболеваниях, чтобы уничтожить болезнетворные бактерии. К сожалению попутно они уничтожают часть полезной микрофлоры. Если принимать антибиотики по назначению врача, то вред будет небольшим и восстановление микрофлоры кишечника пойдёт быстрее.

Сейчас разрабатывается новый метод лечения заболеваний пищеварительной системы – трансплантация кишечной микрофлоры. Использование донорских фекалий упоминается в медицинской литературе Китая ещё IV века. Он подходит для людей, которым пришлось принимать много антибиотиков, а также людям с некоторыми заболеваниями кишечника.

Специально обработанную микрофлору из кишечника здорового донора вводят в толстую кишку больного человека. По замыслу исследователей, донорская микрофлора должна восстановить бактериальное сообщество больного кишечника. Лечебный эффект, действительно, заметен. Но есть много сложностей, из-за которых этот метод мало распространён. Например, бактерии, безопасные для здорового донора, могут оказаться вредными для ослабленного болезнью организма. И хотя такое случается редко, уделяют большое внимание предварительному анализу донорской микрофлоры.

Также разрабатывают способы доставки бактерий в толстую кишку. Сейчас материал с микрофлорой вводят с помощью длинных инструментов через рот или в прямую кишку. Лучшим выходом будет создание капсул, которые можно проглатывать, запивая водой. Они дойдут до толстой кишки и только там высвободят донорскую микрофлору.