Пищеварение — это совокупность физических и химических процессов превращения пищи в вещества, которые могут быть поглощены и использованы клетками организма для пластических или энергетических нужд.
В течение всей жизни человеку необходимо поглощать пищевые продукты. В результате превращения пищевых веществ организм получает материал, использующийся в процессах пластического и энергетического обмена. В процессах пластического обмена пищевые вещества используются при делении и росте клеток организма, а в процессах энергетического обмена окисление пищевых веществ является источником всей энергии, необходимой для нормальной жизнедеятельности организма.
Компоненты пищи
В состав пищи должны входить белки, жиры. углеводы, витамины, минеральные соли и вода.
Белки являются полимерами 20-25 аминокислот. При нормальном питании человек получает их главным образом с животной пищей. Однако и при вегетарианском питании можно подобрать ряд растительных белков, содержащих все необходимые для человека аминокислоты. Жиры представляют собой эфиры глицерина и жирных кислот. Они поступают в организм как с животной, так и с растительной пищей. Углеводы, как полисахариды (например, крахмал), так и моносахариды (например, глюкоза и фруктоза), поступают в организм главным образом с растительной пищей. Некоторое количество углеводов поступает в организм при употреблении в пищу печени животных (гликоген).
О других компонентах пищи — витаминах, минеральных солях и воде.
Функции и строение органов пищеварения
Основные функции органов пищеварения:
1) механическая и химическая переработка пищи;
2) всасывание питательных веществ во внутреннюю среду организма (кровь, лимфу);
3) выведение из организма непереваренных и невсосавшихся остатков пищи.
В состав органов пищеварения входят пищеварительный канал и пищеварительные железы. Пищеварительный канал человека имеет длину 8-10 метров и состоит из следующих отделов: ротовая полость, глотка, пищевод, желудок, тонкий кишечник, толстый кишечник. Стенка пищеварительного канала состоит из трех слоев: наружного (соединительнотканного), среднего (мышечного), внутреннего (эпителиального). Мышечный слой полости рта, глотки и верхней трети пищевода состоит из поперечнополосатых мышц, а мышечный слой нижележащих отделов представлен гладкими мышцами.
Пищеварение в ротовой полости
Первый отдел пищеварительной системы, в который попадает пища, — это ротовая полость. Она ограничена сверху нёбом, с боков — щеками, снизу — челюстно-подъязычной мышцей. В ротовой полости расположены зубы и язык. В нее открываются протоки трех пар крупных и множества мелких слюнных желез. Зубы расположены в ячейках верхней и нижней челюстей. У взрослого человека 32 зуба: в каждой челюсти по 4 резца, 2 клыка, 4 малых и 6 больших коренных зубов. Основу зуба составляет дентин — разновидность костной ткани. Внутри дентина есть полость, заполненная пульпой — соединительной тканью. В пульпу заходят кровеносные сосуды, питающие ткани зуба, и нервы. Снаружи зуб покрыт эмалью — самым твердым веществом нашего организма.
Язык образован поперечнополосатыми мышцами и покрыт слизистой оболочкой. Он участвует в перемешивании пищи при жевании и помогает ее проглатыванию. Кроме того, в слизистой оболочке языка находятся многочисленные вкусовые рецепторы, необходимые для определения вкуса пищи.
Слюна выделяется в ротовую полость околоушными, подъязычными и подчелюстными парными железами, а также тысячами мелких слюнных желез, разбросанных в слизистой оболочке ротовой полости. Все железы выделяют за сутки около 1 литра слюны, однако этот объем сильно зависит от количества и характера съедаемой пищи. На 98-99% слюна состоит из воды и имеет слабощелочную реакцию. Слюна содержит ферменты: амилазу и мальтазу. Амилаза расщепляет углеводный полимер — крахмал — до дисахаридов (мальтозы), а мальтаза продолжает расщепление мальтозы до двух молекул моносахарида — глюкозы. Кроме того, в состав слюны входит белковое вещество — муцин, которое делает пищевой комок скользким. В слюне содержится также лизоцим бактерицидное вещество, частично обеззараживающее пищу.
За те 10-20 секунд, в течение которых пища находится в ротовой полости, она измельчается, пропитывается слюной, и в пищевом комке начинается переваривание углеводов.
Пережеванная пища при помощи движений щек и языка перемещается к его корню. При механическом раздражении пищевым комком рецепторов корня языка сигналы от этих рецепторов поступают в глотательный центр продолговатого мозга и возбуждают его нейроны. По нервным волокнам, идущим от этих нейронов, возбуждение поступает к мышцам ротовой полости, глотки, гортани. Мышцы сокращаются, в результате чего мягкое нёбо поднимается и закрывает путь в носовую полость, а надгортанный хрящ закрывает пище путь в гортань. Мышцы ротовой полости, глотки и гортани сокращаются, и комок пищи проходит в глотку и далее в пищевод. Таким образом, глотание представляет собой сложный рефлекторный акт, требующий координированного участия многих мышц.
Глотка — это мышечная трубка, в ротовой части которой перекрещиваются пищевой и дыхательный пути. Хоаны соединяют глотку с носовой полостью, евстахиевы трубы соединяют глотку с полостью среднего уха. В гортанной части суженный участок глотки переходит в пищевод.
Пищевод — это мышечная трубка длиной около 30 см, верхняя треть которой образована поперечнополосатыми мышцами, а остальные две трети — гладкими мышцами. При помощи волнообразных сокращений мышц пищевода комок пищи проходит в желудок.
Пищеварение в желудке
Желудок — расширение пищеварительной трубки объемом около 2 литров. Стенки желудка состоят из соединительнотканной оболочки, мышечного слоя и внутренней слизистой оболочки. В слизистой оболочке находится до 14 миллионов мелких желез, вырабатывающих желудочный сок (около 2 литров в сутки). В железах различают главные клетки, выделяющие пепсиноген, обкладочные клетки, выделяющие 0,5%-ную соляную кислоту, и добавочные клетки, выделяющие слизистое вещество, защищающее стенки желудка от повреждений. Под действием соляной кислоты из пепсиногена образуется фермент — пепсин, разлагающий белки пищи до пептидов. Кроме того, в состав желудочного сока входят такие ферменты, как липаза молока, разлагающая жиры молока до глицерина и жирных кислот, и желатиназа, расщепляющая желатин.
Стенки желудка медленно сокращаются, постепенно перемешивая пищу с желудочным соком. Образующаяся масса называется химус. Так как перемешивание пищи происходит довольно медленно, то в центре пищевого комка среда остается слабощелочной, и ферменты слюны довольно долго (более часа) продолжают переваривание углеводов. Они перестают действовать, когда рН в пищевом комке становится ниже 5,0. В зависимости от состава и объема съеденной пищи ее пребывание в желудке длится от 3 до 10 часов. После обработки ферментами желудочного сока химус порциями проходит из желудка в двенадцатиперстную кишку через отверстие, закрытое специальными кольцевыми мышцами — сфинктерами.
Пищеварение в тонком кишечнике
Тонкий кишечник имеет длину около 5-6 м и подразделяется на двенадцатиперстную кишку, тощую кишку и подвздошную кишку. Стенки кишечника постоянно сокращаются, продвигая пищевые массы вдоль по кишечнику и перемешивая их. Важнейшие процессы переваривания пищи происходят в двенадцатиперстной кишке, имеющей длину около 30 см. Здесь на химус воздействуют ферменты сока стенок кишечника, ферменты поджелудочной железы и желчь. Среда в двенадцатиперстной кишке имеет слабощелочную реакцию рН = 8,0-8,5. По выводному протоку поджелудочной железы пищеварительные ферменты выходят в просвет кишечника в виде предшественников, то есть неактивными, и только здесь превращаются в активную форму. Трипсиноген под влиянием фермента кишечных желез — энтерокиназы — превращается в трипсин — пептидазу, продолжающую расщепление белков, начатое в желудке. Под его действием крупные полипептиды распадаются на более мелкие олигопептиды, а те, в свою очередь, — до отдельных аминокислот. В сок поджелудочной железы входит также липаза — фермент, расщепляющий жиры до глицерина и жирных кислот. Для активации липазы необходимо присутствие желчи, которая вырабатывается печенью. Амилаза, мальтаза и лактаза, содержащиеся в соке поджелудочной железы, расщепляют углеводы. Нуклеаза расщепляет ДНК и РНК до отдельных нуклеотидов.
Важнейшая роль при переваривании пищи в тонком кишечнике принадлежит печени. Клетки печени — гепатоциты — непрерывно образуют желчь, состоящую из желчных кислот и желчных пигментов (билирубина и биливердина). Из печени желчь попадает в желчный пузырь, где происходит ее накопление. По мере надобности сфинктер, закрывающий общий желчный проток, открывается, и желчь поступает в просвет кишечника. В двенадцатиперстной кишке желчь способствует механическому дроблению жиров на мелкие капельки (эмульгации жиров), в результате чего многократно возрастает поверхность соприкосновения жиров с ферментом липазой. Кроме того, желчь активирует пищеварительные ферменты, особенно липазу, усиливает выделение ферментов поджелудочной железой и стенками кишечника, участвует во всасывании продуктов распада жиров.
Стенки тонкого кишечника содержат огромное число мелких желез, выделяющих ферменты, которые завершают переваривание пищевых веществ. В состав этих ферментов входят: многочисленные пептидазы, разрушающие пептиды до отдельных аминокислот; амилаза, мальтаза, лактаза, инвертаза — завершающие переваривание Сахаров; особая разновидность липазы и некоторые другие ферменты.
Часть пищеварительных ферментов действует непосредственно в полости кишечника, и этот вид пищеварения называют полостным. Однако существует еще и пристеночное пищеварение. Дело в том, что слизистые оболочки тонкого кишечника образованы особыми клетками — энтероцитами. Поверхность энтероцитов, обращенная в просвет кишки, покрыта огромным количеством маленьких ворсинок (до 2000 на 1 см 2 ). Наружные мембраны кишечных ворсинок энтероцитов, в свою очередь, покрыты тончайшими микроворсинками, образующими «щеточную каемку». Эти микроворсинки адсорбируют на себе огромное количество пищеварительных ферментов. При всасывании пищевых продуктов их молекулы проходят через щеточную каемку, где происходит их окончательное переваривание. Этот процесс и получил название пристеночного пищеварения.
Подавляющее большинство пищевых веществ всасывается через стенки тонкого кишечника, а именно тощей и подвздошной кишками. Эпителий кишечника образует ворсинки, внутри которых имеются разветвления кровеносных капилляров, а также начинаются лимфатические слепо замкнутые капилляры. Общая поверхность ворсинок в кишечнике достигает 200 м 2. Таким образом, процесс всасывания переваренных пищевых веществ представляет собой прохождение ими мембран энтероцита и попадание в кровяное русло или лимфу. Всасывание пищевых веществ может происходть пассивным или активным способами. Пассивно, путем диффузии или осмоса, всасываются вода, хлориды, некоторые витамины (В2, В6). Активно, то есть с затратами энергии, всасываются аминокислоты, сахара, ионы кальция и др. Аминокислоты и глюкоза всасываются непосредственно в кровь, попадая в ворсинках в кровеносные капилляры. Глицерин растворим в воде и также хорошо всасывается. А вот жирные кислоты, взаимодействуя со щелочами, образуют мыла, которые под действием желчных кислот также хорошо растворяются. Продукты переваривания пищевых жиров —глицерин и жирные кислоты — проходя стенки ворсинок, вновь образуют жиры, но уже присущие человеку. Эти жиры всасываются в лимфатические капилляры. Вода и растворенные в ней соли могут всасываться по всему желудочно-кишечному тракту: в ротовой полости, желудке, тонком и толстом кишечнике, но наиболее интенсивно идет их всасывание в тонком кишечнике.
Всосавшиеся через стенки кишечника растворенные в воде продукты переваривания пищи прежде всего попадают в печень, где происходит их детоксикация. Эта функция печени получила название барьерной. Если в пище присутствовал избыток глюкозы и ее содержание в плазме крови начинает превышать 0,11%, то избыток откладывается в печени в виде полимера глюкозы — гликогена.
Пищеварение в толстом кишечнике
Из тонкого кишечника непереваренные и невсосавшиеся пищевые массы проходят в толстый кишечник. Толстая кишка имеет длину около 2 метров и включает в себя три отдела: слепую, ободочную и прямую кишки. На границе между тонким и толстым кишечником находится специальный клапан, пропускающий пищевые массы порциями и только в одном направлении. Железы стенок толстого кишечника ферментов не вырабатывают, но выделяют слизь, необходимую для формирования кала.
В содержимом толстого кишечника находится огромное количество бактерий, вызывающих распад полимера глюкозы — клетчатки и непереваренных белковых молекул. Процессы брожения и гниения, происходящие в толстом кишечнике, должны быть строго сбалансированы, иначе развиваются болезни желудочно-кишечного тракта. Бактерии, живущие в кишечнике, выделяют целый ряд жизненно необходимых человеку витаминов: К, Е, группы В. При брожении клетчатки образуется глюкоза, которая может всасываться в кровь, а при гниении белковых продуктов образуется целый набор ядовитых веществ: фенолы, индолы, скатолы. Все эти вещества обезвреживаются при прохождении крови через печень. Остатки пищевых продуктов, из которых всасывается вода, превращаются в каловые массы и удаляются из организма.
Регуляция пищеварения
Регуляция пищеварения осуществляется и нервными, и гуморальными механизмами. Классические исследования процессов пищеварения и его регуляции были проведены И. П. Павловым и его сотрудниками. Именно за эти исследования И. П. Павлов был удостоен Нобелевской премии. Он разработал целый ряд экспериментально-хирургических приемов — вживление фистул в различные отделы желудочно-кишечного тракта, перерезки, формирование «малого желудочка» и т. д. Операции И. П. Павлова осуществлялись таким образом, чтобы сохранить кровоснабжение и иннервацию исследуемых отделов желудочно-кишечного тракта. Опыты при этом были хроническими, животные успевали оправиться после хирургического вмешательства и были практически здоровыми. Павловской школой и последующими исследователями были установлены принципы регуляции пищеварения и всасывания.
Вид и запах пищи приводят к выделению некоторых количеств слюны, этот процесс усиливается при попадании пищи в ротовую полость. Попадая в ротовую полость, пища раздражает вкусовые и механические рецепторы, и возбуждение от них поступает в центр слюноотделения продолговатого мозга. От нейронов этого центра нервные импульсы передаются на нейроны симпатических и парасимпатических центров вегетативной нервной системы, иннервирующих слюнные железы. Импульсы, приходящие по симпатическим волокнам, тормозят выделение слюны, а парасимпатическая импульсация усиливает ее выделение.
Выделение желудочного сока происходит постоянно, но оно усиливается уже при виде пищи. Сразу же после приема пищи раздражение рецепторов ротовой полости приводит к запуску рефлекса выделения желудочного сока. Влияния, приходящие к желудку по главному парасимпатическому нерву — блуждающему, стимулируют выделение соляной кислоты обкладочными клетками стенок желудка. Эти же влияния приводят к выделению из клеток слизистой оболочки кишечника пептида гастрина, который с током крови, т. е. гуморально, поступает к стенкам желудка, также стимулируя выделение компонентов желудочного сока.
Когда частично переваренная пища порциями начинает поступать из желудка в двенадцатиперстную кишку, желудочная секреция сначала даже усиливается, а потом постепенно тормозится. Это связано с тем, что под действием химуса в стенках кишечника вырабатывается и поступает в кровь антагонист гастрина — секретин. Для того, чтобы химус смог попасть в кишечник, необходимо раскрытие сфинктера, находящегося на границе желудка и двенадцатиперстной кишки. Это происходит при раздражении рецепторов химусом, имеющим кислую реакцию. Когда же порция химуса поступает в двенадцатиперстную кишку и щелочная реакция в ней временно меняется со щелочной на кислую, сфинктер рефлекторно закрывается.
При поступлении пищевых масс в двенадцатиперстную кишку рефлекторно усиливается выделение сока поджелудочной железы и желчи в просвет кишечника. Состав сока поджелудочной железы меняется в зависимости от количества и состава пищи. Далее пищевые массы, перемешиваясь при помощи маятникообразных движений кольцевых и продольных мышц стенок кишечника, продвигаются по тонкому кишечнику за счет перистальтических движений, которые обеспечиваются сокращениями кольцевых мышц. Регуляция движений кишечника происходит главным образом за счет влияний, приходящих по блуждающему нерву — вагусу. Однако стенки кишечника обладают определенной автоматией: если вагус перерезать, то перистальтические движения сохраняются.
Как уже было сказано, в толстом кишечнике концентрируются непереваренные пищевые остатки, теряющие воду и превращающиеся в каловые массы. Из прямой кишки кал удаляется через анальное отверстие, причем дефекация является рефлекторным актом, нервные центры которого расположены в поясничном и крестцовом отделах спинного мозга.
Основное различие в питании и обмене веществ у животных и растений
Жизнь организуя невозможна без постоянного поступления из окружающей его среды определенных питательных веществ, витаминов, минеральных солей и воды в соответствии с природой организма и условиями его жизни. Растения могут питаться элементами неживой природы, превращая их в органические соединения. Животные не могут превращать элементы неживой природы и органические соединения и живут за счет растительной пищи или питания животными, поедающими растительную пищу.
Пищеварение - это физиологический процесс механической и химической переработки пищи до состояния пригодности к всасыванию во внутреннюю среду, в кровь и лимфу. т. е. до растворения составных частей пищи в воде.
Внутриклеточное и внеклеточное пищеварение
У простейших существует внутриклеточное пищеварение, открытое И. И. Мечниковым. Пищевые вещества поглощаются клеткой, и их переваривание происходит при участии ферментов внутри самой клетки.
Но мере развития мира животных происходит дифференцировка пищеварительного канала, появляются жевательный аппарат и железы, выделяющие пищеварительные соки в просвет пищеварительного канала. Так как пища обрабатывается в полости пищеварительного канала, то пищеварение является внеклеточным.
Внеклеточное пищеварение складывается из трех согласованных физиологических процессов: 1) двигательной работы пищеварительного канала, 2) секреторной работы пищеварительной» капала и 3) всасывания.
Пищеварительные соки и их ферменты
Пищеварительные соки, выделяемые железами пищеварительного канала, состоят из воды с небольшой примесью органических веществ и солей. Главная составная часть пищеварительных соков — ферменты, которые расщепляют белки, жиры и углеводы и превращают их в химические соединения, всасывающиеся и поступающие во внутреннею среду. Кроме того, пищеварительные соки благодаря содержанию в них воды с слизи размачивают и смазывают пищу, что способствует её механической обработке и продвижению по пищеварительному каналу.
Ферменты характеризуются следующими свойствами: 1. Как катализаторы они ускоряют или замедляют химические процессы, которые совершаются и сами по себе. 2. Катализируют не только анализ — распад веществ, но и синтез — соединение веществ. 3. Обладают специфическим действием. Каждый фермент действует только на вещество определенного химического состава и строения. 4. Разрушаются при нагревании. 5. Действуют, как правило, в среде определенной реакции: либо щелочной, либо кислой, либо нейтральной.
Активность ферментов изменяется в зависимости от реакции среды: например пепсин, потерявший свою активность в щелочной среде, восстанавливает ее в кислой среде (И. П. Павлов и С. В. Паращук, 1904).
Пищеварительные ферменты входят в группу гидролаз, т. е. ферментов, присоединяющих ноны Н+ и ОН- и, следовательно, превращающих вещества в водные растворы.
Они делятся на амилолитические, или амилазы, расщепляющие углеводы, крахмал; протёолитические, или протеазы, расщепляющие протеины, белки; липолитические, или липазы, расщепляющие липиды, жиры.
Приспособительная эволюция пищеварения
Строение органов пищеварения и их функции приспособлены к качеству и количеству пищи.
В эволюции пищеварения различают два типа секреции: морфокинетическую и морфостатическую. При морфокинетическом типе на ранних стадиях эволюции у большинства беспозвоночных одна и та же клетка выполняет функции фагоцитоза и секреции, например, у кольчатых червей и некоторых членистоногих. При этом в полость кишки изливается плазма гибнущих секретирующих клеток. Поэтому образуются новые секретирующие клетки. Строение органов пищеварения весьма изменчиво. От морфокинетической секреции имеется ряд переходов к морфостатической секреции, для которой характерно относительное постоянство строения секретирующих клеток и выделение секрета в пищеварительную полость непосредственно или через выводные протоки. Морфостатическая секреция существует у позвоночных. Следовательно, внепитесекреторное пищеварение у человека и высших позвоночных возникло из внутриклеточного пищеварения (Иордан).
Строение и функции органов пищеварения существенно различаются у разных видов животных, особенно у питающихся растительной пищей, и у животных, питающихся мясной пищей.
В школе И. П. Павлова доказано, что у животных одного и Того же вида количество пищеварительных соков, содержание в них ферментов зависят от количества и состава пищи.
При кормлении мясной или растительной нищей обнаруживаются две разновидности протеолитических и амилолитических ферментов: 1) расщепляющих белки и углеводы. содержащиеся в мясной пище, и 2) расщепляющих белки и углеводы, содержащиеся в растительной пище (А. М. Уголев, 1961).
Имеются также значительные различия строения и функции пищеварительных органов у одних и тех же животных и разные возрастные периоды в связи с изменением состава пищи.
Различаются два процесса: секретообразование в клетках пищеварительных желез и секретоотделение — поступление готового секрета в пищеварительную полость.
