Физиология секреции поджелудочной железы

Поджелудочная железа, которая расположена параллельно и ниже желудка, — это большая сложная железа, которая по строению внутренней структуры большей частью похожа на слюнные железы. Панкреатические пищеварительные ферменты секретируются панкреатическими ацинусами, а большие объемы бикарбоната натрия — мелкими канальцами и большими протоками, идущими из ацинусов. Затем смешанный продукт из ферментов и бикарбоната натрия протекает по длинному панкреатическому протоку, который соединяется с печеночным протоком, окруженным сфинктером Одди сразу у места его впадения в двенадцатиперстную кишку, прямо на фатеровом сосочке.

Наиболее обильно панкреатический сок выделяется в ответ на поступление химуса в верхние отделы тонкой кишки, а его состав определяется до некоторой степени составом химуса. (Поджелудочная железа также выделяет инсулин, но его секретирует другой тип ткани железы. Инсулин выделяется не в кишечник, а прямо в кровь островками Лангерганса, которые расположены в островковых бляшках на всем протяжении поджелудочной железы.

Панкреатический секрет содержит множество ферментов для переваривания всех трех основных компонентов пищи: белков, углеводов и жиров. Он также содержит большие количества бикарбонатов, которые играют важную роль в нейтрализации кислого содержимого химуса, поступившего из желудка в двенадцатиперстную кишку.

Наиболее важными панкреатическими ферментами для переваривания белков являются трипсин, химотрипсин и карбоксиполипептидаза. Несомненно, преобладающим среди них является трипсин.

Трипсин и химотрипсин расщепляют полностью или частично переваренные белки на пептиды различных размеров, однако не обусловливают высвобождение отдельных аминокислот. Впрочем, карбоксиполипептидаза может расщеплять некоторые пептиды на отдельные аминокислоты, завершая таким образом весь путь переваривания некоторых белков до состояния аминокислот.

Ферментом для переваривания углеводов служит панкреатическая амилаза, которая гидролизирует крахмал, гликоген и многие другие углеводы (за исключением целлюлозы), образуя в основном дисахариды и в меньшей степени — трисахариды. Основными ферментами для переваривания жира являются: (1) панкреатическая липаза, способная гидролизировать нейтральный жир до жирных кислот и моноглицеридов; (2) холестеринэстераза, вызывающая гидролиз эфиров холестерола; (3) фосфолипаза, отщепляющая жирные кислоты от фосфолипидов.

Протеолитические ферменты, первоначально синтезированные в панкреатических клетках, не активны и присутствуют в форме трипсиногена, химотрипсиногена и прокарбоксиполипептидазы. Активируются они только после того, как выделяются в кишечный тракт. Трипсиноген активируется ферментом энтерокиназой, которая выделяется слизистой кишечника, когда химус приходит в соприкосновение со слизистой.

Трипсиноген также может быть активирован аутокаталитически самим трипсином, который уже был образован из предварительно секретированного трипсиногена. Химотрипсиноген активируется трипсином, образуя химотрипсин. Подобным образом активируется и прокарбоксиполипептидаза.

Необходимо подчеркнуть, что протеолитические ферменты поджелудочного сока не активируются до тех пор, пока не будут выделены в кишечник, поскольку трипсин и другие ферменты могли бы переварить саму поджелудочную железу. К счастью, клетки, которые секретируют протеолитические ферменты в ацинусах поджелудочной железы, выделяют одновременно вещество, названное ингибитором трипсина. Эта субстанция образуется в цитоплазме железистых клеток и предотвращает активацию трипсина как внутри секреторных клеток, так и в ацинусах и протоках поджелудочной железы. Вследствие того, что трипсин активирует другие панкреатические протеолитические ферменты, ингибитор трипсина в той же степени предотвращает их активацию.

При повреждении поджелудочной железы или блокировании протока в поврежденных участках поджелудочной железы может собираться большое количество панкреатического секрета. В таких условиях часто подавляется действие ингибитора трипсина, и происходит стремительная активация панкреатического секрета, который может буквально полностью переварить поджелудочную железу в течение нескольких часов. Такое состояние называют острым панкреатитом. Это состояние может быть смертельным, т.к. сопровождается циркуляторным шоком. Даже если оно не привело к смерти, то в дальнейшем обычно возможна хроническая недостаточность поджелудочной железы.

Секреция ионов бикарбоната

Хотя ферменты поджелудочного сока полностью выделяются ацинусами поджелудочной железы, два других важных компонента панкреатического сока — ионы бикарбоната и вода — выделяются главным образом эпителиальными клетками канальцев и протоков, которые выходят из ацинусов. Когда поджелудочная железа начинает выделять большие количества панкреатического сока, концентрация иона бикарбоната может повышаться вплоть до 145 мэкв/л. Это приблизительно в 5 раз больше, чем количество ионов бикарбоната в плазме, что создает большое количество щелочи в панкреатическом соке и обеспечивает нейтрализацию соляной кислоты, поступающей из желудка в двенадцатиперстную кишку.

Основные моменты клеточных механизмов секреции раствора бикарбоната натрия в канальцы и протоки поджелудочной железы показаны на рисунке. Они заключаются в следующем.

1. Углекислый газ диффундирует внутрь клетки из крови и под влиянием карбоангидразы соединяется с водой, образуя угольную кислоту (Н2СО3). Угольная кислота, в свою очередь, диссоциирует на ионы бикарбоната (НСО3~) и ионы водорода (Н+). Затем ионы бикарбоната в комплексе с ионами натрия (Na+) активно транспортируются через клеточную мембрану в просвет протока.

2. Ионы водорода, образованные путем диссоциации угольной кислоты внутри клетки, обмениваются на ионы натрия через базалъную часть мембраны клетки путем вторичного активного транспорта. Поступившие ионы натрия транспортируются через клеточную мембрану в просвет панкреатического протока, обеспечивая электрическую нейтральность секретируемым бикарбонатам.

3. Суммарное движение натрия и бикарбонатов из крови в просвет протока создает осмотический градиент давления, который обусловливает также осмотический перенос воды в проток, создавая таким образом почти изоосмолярный раствор бикарбоната натрия.

Вероятно, читатель уже знаком с основными принципами транспорта веществ через клеточную мембрану. В следующей статье представлены примеры специального использования этого транспортного процесса во время желудочно-кишечного всасывания.

Общее количество жидкости, которое ежесуточно всасывает кишечник, эквивалентно сумме потребляемой жидкости (около 1,5 л) плюс количество выделяемых желудочно-кишечных секретов (около 7 л), что в сумме составляет от 8 до 9 л. Около 1,5 л этой жидкости всасывается в тонком кишечнике и только 1,5 л проходит ежедневно через илеоцекальный клапан в толстый кишечник.

Всасывание в желудке очень ограничено из-за отсутствия нужного типа ворсинок с характерной всасывающей мембраной, а также из-за плотных контактов между эпителиальными клетками. В небольших количествах могут всасываться только некоторые высокожирорастворимые вещества (алкоголь и отдельные лекарства, например аспирин).

Всасывательная поверхность ворсинок слизистой тонкого кишечника. На рисунке показана всасывательная поверхность слизистой тонкого кишечника и продемонстрированы множественные складки, которые обозначены как близкорасположенные маленькие складки (или складки Керкринга). Складки увеличивают область всасывательной поверхности слизистой в 3 раза. Почти на всем протяжении кишечника они расположены кругообразно и особенно хорошо развиты в двенадцатиперстной и тощей кишках, где обычно выступают в просвет на 8 мм.

Также на всем протяжении эпителиальной поверхности тонкого кишечника вниз по направлению к илеоцекальному клапану расположены маленькие ворсинки. Они выступают над поверхностью слизистой на 1 мм. Ворсинки верхнего отдела тонкого кишечника расположены так тесно друг к другу, что в большинстве областей они соприкасаются, а в дистальном отделе тонкого кишечника ворсинки размещены менее плотно. Наличие ворсинок на слизистой поверхности позволяет увеличивать общую всасывательную поверхность более чем в 10 раз.

Каждая ворсинка каждой кишечной эпителиальной клетки содержит щеточную каемку, состоящую из 1000 микроворсинок шириной 1 мкм и диаметром 0,1 мкм, которые выступают в кишечный химус. Это повышает поверхность соприкосновения с кишечным содержимым более чем 20 раз.

Таким образом, комбинация складок Керкринга, ворсинок и микроворсинок увеличивает общую всасывающую поверхность слизистой, вероятно, в 1000 раз, делая поверхность тонкого кишечника равной 250 м или более, соизмеримой с поверхностью теннисного корта.

На рисунке представлен продольный разрез общего строения ворсинки, где подчеркивается: (1) выгодное расположение сосудистой системы для всасывания жидкости и растворенных веществ в портальный кровоток; (2) расположение центрального млечного лимфатического сосуда для всасывания в лимфу. Посредством пиноцитоза всасывается небольшое количество веществ.

От тела эпителиальной клетки в каждую микроворсинку щеточной каемки простираются многочисленные актиновые нити, которые ритмически сокращаются, вызывая продолжительные движения микроворсинок, постоянно сохраняя их доступными для новых порций кишечной жидкости.

Из тонкого кишечника ежедневно всасываются несколько сотен граммов углеводов, 100 г или более жира, 50-100 г аминокислот, 50-100 г ионов и 7-8 л воды. Всасывающая способность тонкого кишечника в норме гораздо больше, вплоть до нескольких килограммов в сутки: 500 г жира, 500-700 г белка и 20 л или более воды. Толстый кишечник может всасывать дополнительно воду и ионы, даже некоторое количество питательных веществ.

Изотоничное всасывание. Вода проходит через кишечную мембрану полностью посредством диффузии, которая подчиняется обычным законам осмоса. Следовательно, когда химус достаточно разбавлен, вода всасывается ворсинками слизистой кишечника в кровь практически исключительно осмосом.

И наоборот, вода может транспортироваться в обратном направлении из плазмы в химус. В особенности это происходит при попадании гипертонического раствора из желудка в двенадцатиперстную кишку. Чтобы сделать химус изотоничным плазме, необходимое количество воды с помощью осмоса в течение нескольких минут будет перемещено в просвет кишечника.