Физиология питания человека сточки зрения эколога

Основные понятия анатомии пищеварительного тракта человека и физиологии питания. Строение желудочно-кишечного тракта, основные отделы и их функции. Состав пищи. Белки, жиры, углеводы. Вода. Минеральные вещества и микроэлементы. Витамины. Физиологические механизмы регуляции аппетита. Гипоталамические центры голода и насыщения. Сбалансированное питание. Относительность понятия «сбалансированности питания» применительно к популяциям и группам населения, обитающим в различных экологических условиях. Референтные нормы потребления питательных веществ.

СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ ОСНОВНЫХ ОТДЕЛОВ ЖЕЛУДОЧНО-КИШЕЧНОГО ТРАКТА

Переваривание и всасывание пищи происходят в пищеварительном тракте. Сгеика желудочно-кишечной трубки служит продолжением наружной поверхности тела. Следовательно, с точки зрения анатомии и физиологии, находящаяся в желудке или кишечнике пища занимает внешнее положение по отношению к организму.

Пища может быть усвоена организмом только после се механического измельчения (в этом процессе участвуют зубы, мышечные стенки желудка и кишечника) и химического расщепления высокомолекулярных соединений, которое обеспечивают ферменты. Образовавшиеся простые молекулы всасываются в кровеносные капилляры, окружающие тонкий кишечник. С кровью эти молекулы транспортируются к тканям тела и усваиваются их клетками.

Общий план строения стенок желудочно-кишечного тракта един на всем его протяжении:

• 1. Слизистая оболочка. Содержит железы, сскрстнрующие слизь и некоторые ферменты.
• 2. Подслизистая основа. В ней располагаются кровеносные и лимфатические сосуды, а также часть желез.
• 3. Мышечная оболочка. Ее кольцевые и продольные мышечные пучки обеспечивают движение стенок желудочно-кишечного тракта. Кольцевые мышечные утолщения (сфинктеры) выполняют роль клапанов, разграничивающих различные анатомо-функциональные отделы. В мышечной оболочке расположены вегетативные нервные сплетения, обеспечивающие регуляцию работы органов пищеварения.
• 4. Серозная оболочка. Укрывает желудочно-кишечный тракт практически на всем его протяжении, исключая пищевод и конечные отделы прямой кишки. Серозная оболочка образует брюшину, выстилающую изнутри брюшную полость. Удвоение серозной оболочки (брыжейка) фиксирует кишечник и содержит основные нервные, кровеносные и лимфатические стволы, находящиеся в брюшной полости, а также запас жира.

Желудочно-кишечный тракт состоит из различных участков, играющих специализированную роль в общем процессе переваривания и всасывания. Каждый из этих участков имеет специфическую химическую и бактериальную среду и обладает своеобразной механической активностью. Они разделены анатомическими и/или физиологическими преградами. Нарушение этих преград приводит к локальным или общим «сбоям» работы аппарата пищеварения.

Ротовая полость обеспечивает прием пищи, а также ощущение вкуса (сладкое, соленое, кислое, горькое). В роговой полости происходи! предварительное механическое расщепление пищи (в этом процессе участвуют зубы и язык). Здесь же после увлажнения слюной частиц размельченной пищи и склеивания их муцином формируется пищевой комок. В ротовой полости начинается химическая обработка пищи, здесь протекают начальные этапы расщепления углеводов: амилаза слюны обеспечивает расщепление крахмала и превращение его в полисахариды и дисахарид мальтозу. В роговой полости поддерживается щелочная химическая среда (pH = 6,5−7,5).

Экологическая с п е ц и ф и к а: пищеварительные ферменты отсутствуют в слюне хищников, быстро заглатывающих большие куски пищи.

Глотка и пищевод служат для продвижения пищевого комка от роговой полости к желудку. Начало глотания — произвольный акт; продолжение — непроизвольный. Мышечные стенки пищевода в верхней части состоят из исчерченной и гладкой мускулатуры, в нижней — только из гладкой.

Экологическая специфика: у хищников исчерченная мускулатура расположена по всей длине пищевода. Это дает нм возможность «управлять* ходом пищевого комка, а также произвольно отрыгивать частично переваренную пищу при кормлении подросшего детеныша (эта способность, например, хорошо выражена у представителей семейства собачьих).

Желудок. Основные функции — хранение и частичное переваривание пищи. Сочетанная работа трех слоев гладких мышц органа обеспечивает механическое дробление пищевого комка и перемешивание частиц пищи с желудочным соком. Б результате образуется полужидкая кашица — химус. Мышечные клапаны — кардиальный (расположенный между пищеводом и желудком) и пилорический (между выходом из желудка и следующей за ним двенадцатиперстной кишкой) удерживают проглоченную пищу в желудке в течение примерно 4 часов. Продолжительность нахождения пищи в желудке зависит от се физического и химического состава. Углеводы покидают желудок быстрее всего, белки — медленнее, а жиры подвергаются обработке в полости органа наиболее продолжительное время.

Слизистая оболочка желудка толстая, содержит многочисленные специализированные клетки, выполняющие различные функции. Эпителиальные клетки обеспечивают секрецию слизи, главные — выработку ненсиногена и прореннина, об кладочные клетки — секрецию соляной кислоты. Кислая химическая среда желудка (pH = 1,0−2,5) способствует превращению пепсиногена в пепсин (расщепляет белки на полипептиды и обеспечивает аутокатализ пепсиногена); превращению прореннина в реннин (в присутствии ионов кальция вызывает коагуляцию растворимого белка молока); превращению солей кальция и железа в формы, которые могут всасываться в кишечнике; продолжению расщепления сахаров и нуклеопротеидов. Аргирофильные клетки органа служат для образования так называемого «внутреннего фактора желудка», необходимого для всасывания молекул ви тамина В_|?.

Желудочное пищеварение: «тип кабана» и «тип волка».

У млекопитающих, потребляющих мясо, описаны различные варианты желудочного пищеварения. С разной частотой они встречаются и у человека. Для представителей большинства популяций характерно пищеварение по так называемому «типу кабана». В наиболее ярком виде этот вариант выражен у всеядных млекопитающих (медведь, кабан), потребляющих наряду с растительной пищей и мясо. У них переваривание пищевого комка в желудке происходит преимущественно вблизи стенок органа, в тесном контакте с пищеварительными железами. Кислотность желудочного сока сравнительно невысока. Возрастание ее приводит к раздражению стенок органа, что грозит развитием гастрита и язвы желудка. Большое значение имеет последующая обработка пищи в кишечнике.

Для популяций коренных жителей Арктики, чей рацион включает (если судить «по европейским меркам») исключительно большое количество белка и жиров, характерно желудочное пищеварение по «типу волка» — аналогично пищеварению хищников. В этом случае химическая обработка пищи происходит в центральной части желудка, при высокой кислотности пищеварительного сока. Для предохранения стенок органа от воздействия кислоты его клетки выделяют огромное количество слизи. В результате даже очень высокая кислотность среды редко приводит к развитию язвенной болезни желудка.

Козлов А. И. Вершубскоя Г. Г. Медицинская антропология коренного населения Севера России. М.: Иэдво МНЭПУ, 1999. 288 с.

Тонкий кишечник (отделы — двенадцатиперстная, тощая и подвздошная кишка). В различных отделах тонкого кишечника происходит ферментативное переваривание нищи и всасывание большей части поступивших аминокислот, моносахаридов, липидов и витаминов. Химическая среда тонкого кишечника щелочная (pH равен 8,5 в двенадцатиперстной и 7,0 в подвздошной кишке). Защиту от кислого желудочного содержимого в начальном отделе двенадцатиперстной кишки обеспечивают бруннеровы железы, которые секретируют слизь и щелочную жидкость. В просвет двенадцатиперстной кишки открываются протоки поджелудочной железы (выделяемый ею сок содержит ферменты, расщепляющие сахара, белки и жиры) и желчного пузыря (желчь уменьшает поверхностное натяжение капелек жира и активизирует гидролизацию).

Щелочная среда оптимальна для работы ферментов кишечника (кишечного сока). Основные функции тонкого кишечника — окончательное расщепление и всасывание питательных веществ. Это требует увеличения длины органа (общая длина тонкого кишечника — 4−8 м) и площади его внутренней поверхности: подслизистая оболочка собрана в складки, слизистая образует ворсинки. Ворсинки представляют собой пальцевидные выросты слизистой оболочки с гладкомышечными сгенками. В цен;

i pc ворсинки проходит лимфатический капилляр, окруженный сетью кровеносных капилляров. На верхушках ворсинок расположены выросты клеток (микроворсинки), которые дополнительно увеличивают площадь всасывающей поверхности тонкого кишечника.

Сокращения мышечных стенок кишечника приводят к его ритмической сегментации и маятникообразным движениям. Ворсинки сокращаются и вытягиваются, микроворсинки движутся волнообразно. Эти сочетанные движения обеспечивают полное перемешивание пищевого комкахимуса и контакт всех его частей с химическими агентами, расщепляющими пищу.

Экологическая специфика: просвет кишечника обладает температурным и биохимическим постоянством и к тому же наполнен питательными веществами. Поэтому кишечник — оптимальная среда для обитания паразитических организмов: простейших, червей. Паразитирующие в кишечнике человека плоские черви (например, различные цепни) питаются всосавшимися через кишечную стенку веществами. Круглые черви (такие как аскарида) поглощают пищу, содержащуюся непосредственно в просвете кишечника.

Толстый кишечник (отделы — еле пан, ободочная, сигмовидная, прямая кишка). В толстом кишечнике происходит всасывание основной массы воды и минеральных солей. В просвет толстых кишок выделяются метаболические шлаки и избытки электролитов в виде солей. Здесь происходит синтез аминокислот и витамина К симбиотическими бактериями. В толстом кишечнике формируются каловые массы (до 1/3 их объема составляют мертвые бактерии, остальные 2/3 — целлюлоза, отмершие клетки, слизь, холесгерол, производные желчных пигментов, вода).

Э к о л о гическая с п е ц и ф и к а: в кишечнике представителей аборигенных групп высокогорий Новой Гвинеи обнаружены азотфиксирующне микроорганизмы (Bergersen, Hipsley, 1970). Рацион коренного населения Гвинейского нагорья беден белком. Между гем, основное значение белков в питании взрослого человека — восполнение потерь азота. Возможно, связывающие азот бактерии накапливаются в кишечнике и затем периодически подвергаются перевариванию. Этим может компенсироваться недостаток азота в пище, бедной белками и аминокислотами.

Помимо перечисленных органов, важную роль в п|>оцессах пищеварения шрают крупные пищеварительные железы — печень и поджелудочная железа. Они тесно связаны друг с другом: с точки зрения эмбриогенеза, оба органа представляют собой выросты тонкой кишки.

Печень — самый крупный орган из расположенных в брюшной полости. Дольки печени непрерывно вырабатывают печеночную желчь, которая поступает в желчный пузырь по системе протоков. Печеночная желчь на 97% состоит из воды, но в пузыре часть воды и солей всасывается. В результате образуется концентри[юванная пузырная желчь. В ответ на раздражение двенадцатиперстной кишки поступившим в нее пищевым комком происходит рефлекторное сокращение желчного пузыря, выбрасывающее желчь в кишечник. Желчь, обладающая щелочной реакцией, нейтрализует поступающее из желудка кислое содержимое. Этим создаются оптимальные условия для действия ферментов, выделяемых поджелудочной и кишечными железами. Кроме того, содержащиеся в желчи соли желчных кислот эмульгируют жиры, что способствует действию фермента-липазы. Помимо желчеобразования, печень обеспечивает метаболизм многих веществ, всасывающихся в кишечнике. Она акшвно участвует в углеводном обмене, превращая всосавшиеся в кишечнике моносахариды в гликоген, накапливая его, а при необходимости ресинтезируя из запасенного гликогена глюкозу. При обильном поступлении с пищей белков печень может превращать в глюкозу до 60% поступивших аминокислот. Важная роль принадлежит печени в процессах расщепления и детоксикации поступивших в организм ядовитых вещесгв и продуктов метаболизма.

Поджелудочная железа выделяет панкреатический сок, поступающий в начальный отдел тонкого кишечника через выводной проток. Панкреатический сок содержит ферменты, гидролизирующие углеводы (амилаза), белки (трипсин, химотрнпсин, карбоксипептндаза) и жиры (липаза). Кислотность секрета этой пищеварительной железы близка к 8,5, а его количество достигает 1,5 л/сут. Такое обильное выделение сока, обладающего щелочной реакцией, способствует нейтрализации кислого пищевого комка.

В состав поджелудочной железы входят участки эндокринной ткани — островки Лангерганса. Хотя на их долю приходится всего 1−2% массы органа, значение островков Лангерганса очень велико: они продуцируют гормоны инсулин и глюкагон. Реагируя на содержание глюкозы в крови, эндокринная ткань поджелудочной железы увеличивает или уменьшает выработку этих гормонов. Инсулин способствует интенсивному поглощению и утилизации глюкозы тканями организма, т. е. играет ведущую роль в углеводном обмене. Кроме того, под действием инсулина усиливается синтез гликогена в мышцах и печени, интенсифицируется производство липидов в жировой ткани и печени, нарастает синтез белков, РНК и ДНК в клетках.