Строение и функции пищеварительной системы
Пищеварительная система состоит из органов, функции которых включают в себя переваривание пищи, всасывание нутриентов, выведение продуктов распада и формирование фекальных масс.
Пищеварительный тракт идет от ротовой полости до анального отверстия. Наиболее функционально важные части – пищевод (в верхнем отделе пищеварительной системы), желудок, двенадцатиперстная кишка, тощая кишка, подвздошная кишка, толстая кишка (в среднем отделе) и ее часть – прямая кишка (в нижнем отделе). Пищеварительная система также включает в себя слюнные железы, поджелудочную железу, печень, селезенку и желчный пузырь, играющие свою роль в пищеварении.
Главная функция пищеварительной системы – расщепление пищи и всасывание нутриентов в кровь (в тонкой кишке). Пищеварение можно упрощенно разделить на две функциональные стадии: механическое пищеварение (пища измельчается с помощью жевания) и химическое пищеварение (ферменты расщепляют пищу на молекулы).
Важность жевания для всасывания нутриентов часто недооценивают. Благодаря медленному потреблению пищи и тщательному пережевыванию растет чувство насыщения и улучшается всасывание нутриентов[66].
Другая важная функция пищеварительной системы – поддержание защитной системы организма против патогенов. Более подробно об этом – в разделе «Микробиом».
Желудок расположен между пищеводом и двенадцатиперстной кишкой в верхнем левом углу брюшной полости, непосредственно под диафрагмой. Желудок имеет два сфинктера, которые регулируют объем и движение его содержимого: кардиальный (нижний пищеводный) сфинктер и сфинктер привратника (пилорический)позволяют пищевым массам попадать в двенадцатиперстную кишку.
Объем пустого желудка взрослого – приблизительно 500 мл. После принятия пищи он обычно растягивается до 1 л[67]. Желудок вырабатывает желудочный сок, содержащий необходимые для пищеварения гормоны и ферменты, соляную кислоту для расщепления пищи и внутренний фактор (фактор Касла) – фермент, необходимый для усвоения витамина B12[68].
Кислотность желудочного сока уничтожает содержащиеся в пище вредные микроорганизмы. Однако у многих наблюдается дефицит выработки соляной кислоты из-за стресса, плохого питания или вредных химических веществ[69]. Гипохлоргидрия (пониженный уровень соляной кислоты) связана с дефицитом питательных веществ, остеопорозом[70], различными инфекциями[71] и раком желудка. Длительный прием блокаторов кислоты может вызывать анемию[72], дефицит витамина B12[73] и избыточный рост желудочных и кишечных бактерий[74].
Тонкая кишка расположена между желудком и толстой кишкой. Она представляет собой витую рельефную структуру примерно 7 м в длину. Она расположена в брюшной полости и окружена толстой кишкой. Тонкая кишка состоит из двенадцатиперстной кишки, тощей кишки и подвздошной кишки.
Тонкая кишка получает частично переваренную пищу из пищевода и продолжает расщеплять ее составляющие. Процессу пищеварения способствуют желчь (образующаяся в печени, но поступающая через желчный пузырь) и панкреатический сок, который содержит большое количество пищеварительных ферментов.
Тонкая кишка расщепляет три основные группы нутриентов: белки, жиры и углеводы. Белки расщепляются на пептиды и аминокислоты. Жиры расщепляются на жирные кислоты и глицерол. Углеводы расщепляются на моносахариды (например, глюкозу), а крахмал – на олигосахариды. Расщепленные нутриенты всасываются через стенку кишечника. Благодаря структуре ворсинок и микроворсинок тонкого кишечника поверхность для всасывания нутриентов огромна – примерно с половину бадминтонной площадки[75].
Толстая кишка (примерно 1,5 м в длину) расположена между тонкой кишкой и анальным отверстием. Она состоит из слепой кишки, восходящей, поперечной, нисходящей и сигмовидной ободочных кишок, а также прямой кишки. Толстая кишка расположена в брюшной полости вокруг тонкой кишки.
Функции толстой кишки – поддержание бактериальной микрофлоры в кишечнике, а также всасывание воды и оставшихся нутриентов, прежде чем фекалии попадут дальше в прямую кишку. Всасываемые витамины включают в себя витамины группы K, тиамин (B1) и рибофлавин (B2)[76].
Толстая кишка превращает переваренную пищу в каловые массы. Бактерии микрофлоры кишечника «питаются» клетчаткой из каловых масс и производят жирные кислоты, используемые как источник энергии (более подробно см. в разделе «Микробиом»)[77]. Бактерии также помогают выведению продуктов распада и токсинов.
Аппендикс расположен под слепой кишкой в толстом кишечнике. Он вырабатывает гормоны, регулирующие процесс пищеварения (пептиды)[78]. Аппендикс функционирует как хранилище для полезных бактерий[79] и может защищать от некоторых инфекций[80]. В медицине бытует мнение, что аппендикс – орган рудиментарный и в случае аппендицита у взрослых может быть удален. Новейшие исследования показывают, что лечение антибиотиками зачастую столь же эффективно[81].
Например, в Финляндии число воспалительных заболеваний кишечника (ВЗК) – язвенный колит и болезнь Крона – за последние 15 лет выросло почти в три раза[82]. Прослеживается связь между развитием воспалительных заболеваний кишечника и характерным для западного мира рационом питания с большим количеством продуктов промышленного производства[83]. Эти заболевания могут развиваться на фоне генетической предрасположенности (изменения бактериальной микрофлоры кишечника и нарушения иммунного ответа). Согласно последнему исследованию, ВЗК[84] также связаны с синдромом «дырявого кишечника» и внешними факторами (например, с инфекцией[85]).
При восстановлении после болезни следует перейти на рацион питания, исключающий потенциально опасные для кишечника антинутриенты (подробнее см. раздел «Антинутриенты») и уменьшающий воспаление[86]. Особо подчеркивается в новейших исследованиях роль глютена[87] в развитии ВЗК и его генетическая связь с целиакией[88]. Согласно одному из сравнительно недавних исследований (2014), большинству пациентов с ВЗК идет на пользу исключение глютена из рациона[89].
Поджелудочная железа расположена в брюшной полости (за желудком и рядом с селезенкой) и окружена двенадцатиперстной кишкой. Она соединена с тонким кишечником и желчным пузырем. У поджелудочной железы две разные функции: эндокринная часть, состоящая из многочисленных островков (2 % поджелудочной железы), секретирует гормоны – инсулин и глюкагон, а экзокринная часть (98 % поджелудочной железы) стимулирует процесс пищеварения.
Печень расположена в правом верхнем углу брюшной полости, непосредственно под диафрагмой, справа от желудка. Под печенью находится желчный пузырь. У печени, в отличие от других внутренних органов, двойной источник кровоснабжения: через воротную вену и печеночные артерии. Это свидетельствует о важности печени для всей системы.
Печень также имеет систему желчевыводящих путей, которые собирают выделяемую ею желчь. Желчевыводящие пути, по которым желчь поступает из печени в желчный пузырь и двенадцатиперстную кишку, часто называют желчными протоками.
Основные функции печени[90]:
● Метаболизм углеводов:
– вырабатывает глюкозу из аминокислот, молочной кислоты и глицерина;
– расщепляет гликоген до глюкозы;
– образует гликоген из глюкозы.
● Метаболизм жиров:
– окисляет жирные кислоты, высвобождая энергию;
– вырабатывает в больших количествах холестерин, фосфолипиды и липопротеины (ЛПНП, ЛПВП, ЛПОНП).
● Метаболизм белков:
– расщепляет аминокислоты;
– превращает токсичный аммиак в мочевину (орнитиновый цикл);
– синтезирует белки плазмы крови (в том числе альбумин);
– синтезирует аминокислоты и превращает их в другие соединения.
● Секреция желчи.
● Синтез эритроцитов и коагулянтов.
● Запасание глюкозы (гликоген), жирорастворимых витаминов (A, D, K) и витамина B12, железа и меди.
Выводящая и защитная функции:
● расщепляет несколько гормонов (в том числе инсулин);
● расщепляет и нейтрализует токсины (детоксикация);
● выводит (с мочой) билирубин из эритроцитов.
За последние 40 лет смертность от заболеваний печени выросла втрое[91]. Тяжелая работа, алкоголь, нездоровое питание и другие сложности окружающей среды нередко ведут к нарушениям функции печени[92]. В частности, абдоминальное ожирение способствует развитию жирового гепатоза[93]. Некоторые медицинские препараты также играют существенную роль в развитии поражений печени. По различным данным, поражения печени вызывают свыше 900 препаратов. Половина всех случаев острой печеночной недостаточности вызваны медикаментами[94]. Некоторые растительные лекарственные препараты также могут причинять вред печени[95].
ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ, ЧТО
ГЕПАТИТ C, ЖИРОВАЯ БОЛЕЗНЬ ПЕЧЕНИ (ЖИРОВОЙ ГЕПАТОЗ) И АЛКОГОЛИЗМ – САМЫЕ РАСПРОСТРАНЕННЫЕ ПРИЧИНЫ ЦИРРОЗА. ОТ 10 ДО 20 % СЕРЬЕЗНО ЗЛОУПОТРЕБЛЯЮЩИХ АЛКОГОЛЕМ ПОЛУЧАЮТ ЦИРРОЗ. ОТ ЗАБОЛЕВАНИЙ, ВЫЗВАННЫХ АЛКОГОЛЕМ, ЕЖЕГОДНО УМИРАЮТ ОКОЛО 88 ТЫСЯЧ ЧЕЛОВЕК. ЭТО ЧЕТВЕРТАЯ ПО ЧАСТОТЕ ПРИЧИНА СМЕРТНОСТИ В США[96].
Печень обладает поразительной способностью к регенерации. Строго говоря, это единственный внутренний орган, который может так регенерировать. Даже если 75 % печени разрушено, ее функция может полностью восстановиться[97]. Питание способно помочь функционированию печени, а именно поддержать систему цитохрома P450, играющую ключевую роль в детоксикации печени. Эта система состоит из двух фаз (1 и 2)[98].
Желчный пузырь расположен под правой долей печени. Это небольшой орган, около 8 см в длину, а его основная функция – хранить желчь, секретируемую печенью. Проток желчного пузыря и печеночный проток соединяются, образуя общий желчный проток, который отводит желчь в тонкую кишку из Фатерова сосочка (области слияния с панкреатическим протоком)[99].
В процессе пищеварения желчь секретируется из желчного пузыря в тонкую кишку. Желчь способствует образованию мицелл, необходимых для всасывания жиров. Желчь также играет важную роль во всасывании жирорастворимых витаминов (A, D, E и K) и переработке билирубина в организме[100]. Желчные кислоты действуют наподобие гормонов, участвуя в метаболизме (энергетический баланс, регуляция жирового метаболизма и гликемический контроль)[101]. Нарушение синтеза желчи и желчных кислот может привести к серьезным проблемам со здоровьем – например, избыточному весу и инсулинорезистентности[102]. Кроме того, из-за проблем с пищеварением или не слишком сбалансированной диеты в желчном пузыре могут образовываться камни. Так, нарушение синтеза солей желчных кислот в сочетании с высокохолестериновым рационом питания может спровоцировать образование камней в желчном пузыре[103].
Факторы риска, способствующие образованию камней в желчном пузыре, это избыточный вес, быстрая потеря веса, запоры и недостаточное потребление клетчатки и нутриентов (фолатов, магния, кальция и витамина C)[104][105], [106].
Ингредиенты и соединения, стимулирующие синтез желчи и солей желчных кислот, а также циркуляцию желчи:
● растворимая клетчатка (например, из овса);
● фенольные соединения (например, из артишока);
● куркума;
● флавоноиды;
● апельсин;
● одуванчик;
● горькие травы.
ЖЕЛЧЕКАМЕННАЯ БОЛЕЗНЬ
В США желчекаменной болезнью страдает около 10–15 % взрослого населения. Это наиболее распространенное заболевание ЖКТ из требующих госпитализации: ежегодно выявляется около миллиона новых случаев заболевания и проводится порядка 800 тысяч операций по удалению камней. Многие люди не подозревают о наличии у себя камней в желчном пузыре – почти в половине случаев заболевание протекает бессимптомно. Камни обычно образуются из солей желчной кислоты и холестерина. В редких случаях это так называемые пигментные камни – из извести и желчных пигментов.