2. Тощая кишка: принимает пищевой комок, уже смешанный с желчью, ферментами и дуоденальной слизью. В тощей кишке происходит всасывание веществ из химуса. Пищеварительный сок, выделяемый кишечными железами, расщепляет углеводы, белки, жиры. Внутренняя оболочка тощей кишки покрыта ворсинками, с помощью которых в кровь всасываются питательные вещества: жиры, белки, углеводы, витамины и соли.
3. Подвздошная кишка: последний отдел тонкого кишечника, в котором происходит всасывание воды, минералов, витамина B12 и желчных кислот. Наверняка вы когда-нибудь интересовались, как питается плод в утробе матери. Всем известно, что через пуповину, но как она связана с кровообращением ребенка и как усваиваются все необходимые питательные вещества? Вот мы и пришли к этому моменту. У плода подвздошная кишка через желточный проток соединяется с пупком. Пупок связан с пуповиной, через которую питается зародыш. Нутриенты передаются от матери к плоду через пуповину и попадают прямиком в подвздошную кишку.
Что происходит с этой связью после рождения? Пуповина отпадает, и желточный проток закрывается в первые семь недель жизни младенца. Если этого не происходит, образуется патология известная как «Меккелев дивертикул».
Пища должна пройти очень длинный и извилистый путь по тонкой кишке. Для этого кишечник покрыт слоем мышц, которые заставляют пищевой комок продвигаться, а не застревать внутри. Перистальтические движения кишечника заставляют его скачкообразно продвигаться вперед.
Сегодня в супермаркете можно купить биологические стиральные порошки, содержащие ферменты, которые растворяют пятна от еды на одежде. Первое подобное моющее средство создал немецкий химик Отто Рем в 1913 году. В состав входил экстракт поджелудочной железы свиньи и протеазы – ферменты, которые расщепляют белки до аминокислот, с помощью чего грязь растворяется. Но была одна проблема: из-за щелочности моющих средств протеазы претерпевали развертывание структуры и денатурировались[16].
В 1960-х годах датская компания Novo Industria открыла бактерию Bacillus licheniformis и создала с ней стиральный порошок, способный удалять не только пятна, но и запахи с одежды работников рыбной промышленности. Протеазы, полученные из Bacillus licheniformis, уже не денатурировались в щелочной среде моющего средства.
В современных стиральных порошках используется множество других микробных ферментов, таких как амилаза, которая удаляет остатки крахмала (например, пятна от каши), или липазы, которые устраняют следы жира и помады.
Кишечный барьер гетерогенен и состоит из физических, химических и иммунных элементов – все три они очень важны для защиты от патогенов.
Энтероциты составляют 80 % от клеток эпителия кишечника, хотя там также, но в меньшем количестве, присутствуют бокаловидные клетки, ответственные за выделение слизи, дефензины (клетки Панета), гормоны, нейропептиды и клетки, которые могут захватывать антигены из просвета кишечника.
Наверняка вы слышали, что кишечник называют вторым мозгом. И действительно, тонкий кишечник является частью энтеральной нервной системы со своими нервами, нейронами и химическими посредниками. Например, 90 % серотонина вырабатывается именно в этом органе. Вот еще один интересный факт: кишечник человека содержит около 200 миллионов нейронов – столько же имеется в мозге собаки.
Помимо функции всасывания питательных веществ, эпителий кишечника контактирует со множеством микроорганизмов, которые поступают вместе с пищей.
Эпителиальный барьер защищается от них с помощью особого механизма – врожденной иммунной системы.
Стенка кишечника состоит из эпителиальных клеток, настолько плотно связанных между собой, что через нее могут проходить только вещества определенного размера. Она покрыта защитным слоем слизи. Эпителиальные клетки способны синтезировать защитные пептиды, обладающие антибактериальными свойствами.
Эпителий кишечника похож на бархатистый ковер: он покрыт ворсинками длиной от 0,5 до 1 мм, состоящими из слоя кишечных клеток – энтероцитов, о которых я уже упоминала. Они, в свою очередь, состоят из микроворсинок, обращенных внутрь кишечника, которые первыми контактируют с химусом. Целостность эпителия зависит от того, насколько плотно энтероциты соединяются друг с другом при образовании непроницаемого клеточного слоя. Существует четыре типа соединений между клетками эпителия: десмосомы, щелевые, адгезивные и плотные контакты.
Соединения, образованные плотными и адгезивными контактами, прилегают к апикальной поверхности[17] клеток. Латеральные мембраны энтероцитов взаимодействуют друг с другом в основном через десмосомы и щелевые контакты.
Регенерация энтероцитов происходит с удивительной скоростью – всего за два – шесть дней.
Чем больше микроворсинок, тем больше поверхность всасывания. Если бы кишка не имела складок, то абсорбционная способность была бы несоизмеримо ниже. К тому же кишечнику пришлось бы стать в три раза длиннее, но в таком случае он бы не поместился в брюшной полости. Всасывающая поверхность кишечника, если ее растянуть, составляет около 300 квадратных метров и превосходит по площади теннисный корт.
Давайте остановимся на тонком кишечнике, так как это одна из обширных поверхностей организма, контактирующих с внешними агентами. Здоровье в значительной мере зависит от правильной работы кишечного барьера.
Как мы уже увидели, питательные вещества всасываются главным образом через стенки тонкой кишки. Многие спросят: «Если питательных вещества проникают сквозь стенки тонкой кишки, то что находится по другую сторону?» По другую сторону происходит кровообращение, его мы можем изобразить в виде дерева, которое корнями обнимает органы. Питательные вещества из тонкой и толстой кишки через воротную вену поступают к различным органам.
Клетки эпителиальной мембраны соединены очень плотно. Представим армию солдат, которые стоят плечом к плечу и пропускают только полезные для организма питательные вещества, останавливают вирусы, бактерии, токсические агенты.
Эти солдаты стоят на карауле круглыми сутками и обновляются каждые пять дней. Вещества могут попасть внутрь энтероцита (трансклеточная проницаемость) или в пространство между клетками (параклеточная проницаемость).
Не думайте, что это хаотичный процесс. Транспорт каждого из питательных веществ через энтероциты осуществляется с помощью специфического белка-транспортера. Этот солдат сопровождает нутриент на протяжении всего пути и проведет его через энтероцит в кровоток. Некоторые вещества – например, жиры – расщепляются желчью на растворимые частицы для того, чтобы они могли пройти через энтероциты.
В просвете кишечника, благодаря действию pH, желудочного сока, секрета поджелудочной железы и желчи, сосредоточена первая линия защиты от микроорганизмов. Пищеварительные ферменты, такие как липаза и протеаза, не только расщепляют питательные вещества на простые молекулы, но и способны разрушать клеточную стенку вредных микроорганизмов, препятствуя их проникновению в кровоток.
Эти вредные для организма вещества распознаются иммунной системой тонкого кишечника, которая пропускает только полезные нутриенты.
После того как питательные вещества проникли сквозь стенки кишечника, они попадают в кровоток и достигают клеток. В тонкой кишке всасывается бóльшая часть воды, а также минералы, водорастворимые витамины, углеводы и аминокислоты, полученные из белков в процессе пищеварения. С жирами все происходит иначе, так как они не растворяются в воде.
Слишком быстрое прохождение по кишечнику может привести к нарушению процесса всасывания. Оно ускоряется из-за чрезмерного потребления клетчатки, слабительных или фитиновой кислоты, содержащейся в некоторых злаках. Это вещество считается антинутриентом, потому что связывает минералы (цинк, кальций, железо, магний) и производит молекулы, которые не растворяются в воде. Чтобы разрушить эти молекулы, нужна фитаза. Однако этот фермент не вырабатывается организмом человека, поэтому мы не способны всасывать те минералы, которые соединены с фитатами.
Способность поглощать питательные вещества сильно ухудшается при некоторых заболеваниях, например, при целиакии (когда повреждены кишечные ворсинки), особенно если ее неправильно лечат.
Если в тонкой кишке всасываются только важные для организма питательные вещества, то в толстую попадают ненужные остатки. В этой части желудочно-кишечного тракта в основном происходит всасывание воды, а также там хранится кал, который позже будет выведен из организма.
Дальше в книге будет целая глава, посвященная фекалиям. Забегая вперед, скажу, что они состоят не только из непереваренной пищи, но и из большого количества остатков клеток и бактерий.
Питательные вещества разносятся к органам по кровеносным сосудам, общая длина которых превышает 100 000 км – это все равно, что два с лишним раза обогнуть Землю. Ниже приведены наиболее важные нутриенты.
Жирные кислоты
Жиры приносят наибольшее количество энергии: 9 ккал на один грамм. Это не только важный источник энергии, но и необходимый строительный материал для клеточных мембран.
Большинство жирных кислот поступают с пищей в форме триглицеридов или холестерина. Первые образованы в результате расщепления жиров под действием панкреатической липазы. Триглицериды, в свою очередь, распадаются на жирные кислоты и моноглицериды. Вместе с холестерином, жирорастворимыми витаминами и фосфолипидами образуются капельки жира – мицеллы, растворимые в воде с помощью желчных кислот. Мицеллы пассивно проникают через мембрану энтероцита, хотя есть белки, которые помогают их транспортировать. Молекула холестерина переносится с помощью транслокона (комплекса белков) и попадает в энтероцит.