Откуда берутся ферменты?
Про устройство и работу поджелудочной.
Про выделение и доставку ферментов по протокам.
Про забытый секретный проток.
Про виды ферментов и их особенности.
Про резервный ферментный запас и адаптацию.
Поджелудочный ферментозаводПро то, как устроено производство по выпуску ферментов
Поджелудочная железа нужна нам, чтобы переваривать пищу. Она реально маленького размера, но справляется со всем тем объемом еды, который мы загружаем в нашу пищеварительную систему. Ее героический труд ничем не вознаграждается, тем не менее железа продолжает трудиться.
Размеры поджелудочной железы всего 15–20 см в длину и около 2–3 см в толщину или в диаметре, она похожа на длинную сардельку или баварскую сосиску. Весит она примерно 100 г, но выделяет за сутки около 1,5 л ферментов. Здесь есть небольшая неточность: это полтора литра всех веществ, которые она выделяет, а не чисто самих ферментов. Про состав так называемого секрета, выделяемого поджелудочной железой, речь пойдет дальше. Но оцените, какая мощность у маленького ферментного заводика весом 100 г — он способен выработать веществ весом в 15 раз больше своего собственного!
Внешне железа еще напоминает головастика, потому что у нее есть голова, тело и хвост. Причем голова — самая большая часть поджелудочной железы, размером до 3 см. Она соприкасается с двенадцатиперстной кишкой, желудком и кровеносными сосудами. Тело, переходящее в хвост, соприкасается с желудком, кишечником и почкой. А сам хвост упирается в селезенку.
Наш завод по производству ферментов располагается под желудком, за что абсолютно прямолинейные анатомы так и назвали его — поджелудочная. Если указывать место расположения точнее, то это уровень 1–2 поясничного позвонка. Во-первых, ориентиром служит спина, собственно, потому что железа, расположенная под желудком, находится ближе к спине, чем к животу. Во-вторых, ребра заканчиваются на уровне последнего 12 грудного позвонка, далее сверху вниз идут поясничные позвонки. Именно на этом уровне находится поджелудочная железа и чуть ниже нее по обеим сторонам расположены почки. Если смотреть прямо на позвоночник, то одна треть поджелудочной железы будет у человека справа, ближе к печени и желчному пузырю, а две трети слева, ближе к желудку и селезенке.
В отличие от всей остальной пищеварительной системы, которая является трубой (или пищеварительной трубкой, как ее называют в медицине и биологии), железа имеет определенную структуру. За это она и получила название «железа». Но трубочка в ней все же есть. Каждый, кто чистил или разделывал селедку с икрой, видел что-то похожее на поджелудочную железу. Она напоминает икру, упакованную в оболочку. Зернистая структура внешне очень похожа на поджелудочную железу. Она состоит из долек, а дольки — из «икринок». Эти мелкие дольки называются «ацинусы». Именно они вырабатывают ферменты и панкреатический сок. Между дольками залегают островки Лангерганса. В островках вырабатываются инсулин и другие гормоны, которые выделяет поджелудочная железа.
То есть она состоит из двух частей, встроенных друг в друга, но не отдельными блоками, а как бы равномерно размазанных по всей поджелудочной железе. Как салат оливье для вегетарианца: вроде бы равномерно картошка, морковь и зеленый горошек, но везде еще и колбаса. Разделить невозможно, а правильный вкус дает именно это сочетание. Так и поджелудочная железа, в которой невозможно разделить ферментную часть, обеспечивающую пищеварение, и гормональную часть, обеспечивающую усвоение сахара.
Ферментная река и секреты поджелудочных протоковПро способы доставки ферментов к пункту назначения
Как мы говорили выше, несмотря на такое интересное устройство поджелудочной железы, трубочка в ней все же есть. Эта трубочка называется главным панкреатическим протоком, или вирсунговым протоком — в честь немецкого хирурга, который в 1642 году впервые открыл этот проток. Вскоре появился повторный первооткрыватель протока, после чего ночью Вирсунг был убит у подъезда своего дома. По версии следствия, причиной явился спор по поводу того, кто был первооткрывателем протока.
Проток похож на большую реку — на Волгу, Енисей или Нил. По нему текут ферменты и в него впадают мелкие ферментные речки, а в них маленькие ферментные ручьи, а в них еще более мелкие ферментные ручейки. Эта река течет вдоль всей поджелудочной железы от хвоста к голове и по течению в нее впадают все боковые протоки. Размер главной реки или главного протока примерно 3 мм, по длине железы он чуть меньше, около 2 мм, а в хвосте проток совсем тонкий и его диаметр составляет всего 1 мм. В него впадает от 18 до 34 боковых рек-протоков примерно через каждый сантиметр. Бывает, что боковые протоки не таких крупные, но тогда их количество может достигать 60.
А вы помните из уроков географии, что такое дельта реки? Река может впадать в море одним расширяющимся потоком, а может распадаться на множество рукавов и протоков. Самая известная, наверное, дельта Нила. Поджелудочная река тоже впадает по главному протоку в двенадцатиперстную кишку — это тот самый выход из желудка. Туда и вытекает панкреатический сок вместе с содержащимися в нем ферментами. Но место впадения реки у разных людей устроено по-разному и здесь возможны варианты. Они не являются заболеванием, это именно варианты нормального устройства протоков. Но при определенных обстоятельствах, о которых речь пойдет ниже, это может играть злую шутку или наоборот, быть шансом на спасение.
У большинства людей, а это примерно четверо из пяти человек, все ферменты единым потоком текут по главному панкреатическому протоку, сливаются с желчной рекой и утекают в двенадцатиперстную кишку. А вы уже знаете, что на выходе их может придержать сфинктер Одди, о котором речь шла выше. У одного из пяти человек проток от поджелудочной «забывает» слиться с желчным, и они впадают в кишку по-отдельности. Тем не менее сфинктер Одди такой большой, что его хватает на удержание обоих протоков. Именно этот вариант нормального строения поджелудочной реки спасал многих от возникновения билиарного панкреатита и даже от панкреонекроза (вот везунчики!). Но об этом речь пойдет дальше в следующих главах.
У некоторых людей в поджелудочной есть короткая параллельная река или дополнительный проток. Он впадает в главный проток, но у одного из четырех людей этот проток вытекает в кишечник отдельно. Этим счастливчикам дополнительный секретный проток позволяет сбросить или понизить давление в поджелудочной железе при погрешностях в питании, а иногда не позволяет возникнуть воспалению, так сказать «спускает пар».
Поджелудочный секрет: чем богата поджелудочная?Про то, о чем забывают, говоря о ферментах
Мы привыкли думать о том, что поджелудочная железа выделяет ферменты для переваривания пищи. Да, это так, но не только. Если сравнить только объем веществ, которые она выделяет, то окажется, что по большей части железа производит бикарбонат. Именно поэтому правильнее говорить, что выделяется панкреатический сок, то есть смесь ферментов с бикарбонатом, а не просто ферменты.
Панкреатический сок содержит много электролитов, солей и микроэлементов, в том числе кальций, магний и цинк, сульфат и фосфат. Но наиболее важный компонент — это бикарбонат. Именно он нейтрализует кислоту желудочного сока, вместе с которой пища попадает в кишечник для переваривания. Желудок рассчитан на кислоту, он ее выделяет, он грубый, он должен измельчить пищу и подготовить к перевариванию. Кишка на кислоту не рассчитана, она мягкая и нежная, она должна передвигать полученное из желудка пюре и всасывать питательные вещества. Кислота не должна попадать в кишечник, поэтому поджелудочная железа вырабатывает бикарбонат. Он будет связывать и нейтрализовывать кислоту, чтобы кишка не повредилась и ферменты в кислой среде не разрушились.
Поскольку дальше в кишечнике полезные вещества из пищи всасываются в кровь, для облегчения этого процесса жидкая часть содержимого тонкого кишечника должна по составу быть похожа на кровь. Поэтому панкреатический сок изотоничен плазме крови, то есть очень похож по содержанию солей и ионов, но показатели рН более щелочные. Это нужно для нейтрализации кислоты. Для этого в каждом протоке поджелудочной железы выделение сока происходит по трубочке с двумя насосами. Клетки поджелудочной в автоматическом режиме качают сок в проток. Первый насос в клетках протоков накачивает сок натрием и гидрокарбонатом, второй насос добавляет хлор и забирает гидрокарбонат, чтобы получилась нужная концентрация. Так получается жидкая часть поджелудочного сока, а оставшиеся несколько процентов — это ферменты.
Ферменты: жирные, сладкие и постныеПро то, какие бывают разновидности ферментов
Ферментов поджелудочная железа выделяет много и разных, бо́льшая часть из них — это так называемые гидролазы. Это специальные вещества, которые делают гидролиз, или расщепление крупных молекул на более мелкие или на совсем примитивные составные части. Надо вспомнить, что мы потребляем белки, жиры и углеводы, для каждого из которых есть составные части, для каждого нужны свои ферменты.
Белки состоят из аминокислот, а сами молекулы белка огромные и имеют определенную трехмерную структуру, скрученную в пространстве; их нужно сначала раскрутить обратно, а затем порезать на составные части — аминокислоты. И только после этого они смогут попасть внутрь организма. Потом они отправятся в печень и разойдутся по всему организму, чтобы заменить разрушенные мышечные волокна, обновят участки кожи или слизистой, из них организм сделает новые ферменты или гормоны. А в самом конце именно печени придется выбрасывать аминокислоты на помойку, потому что выкинуть их просто так не получится. Они содержат азот, который требует повторной переработки для утилизации, иначе может даже повреждать некоторые органы.
Для того чтобы раскрутить молекулы белка и превратить трехмерную структуру в обычную линейную, нужна подготовка в желудке. Это делает пепсин. Такой его эффект даже используют в пищевой промышленности, например для створаживания молока в производстве творога и сыра. При этом мы точно можем сказать, что это, конечно, не переваривание. А собственно переваривание и разделение белка на аминокислоты делают протеазы (от слова «протеин» — белок). К этой группе ферментов относятся трипсин, химотрипсин, эластаза, эндопептидазы и экзопептидазы, аминопептидазы и карбоксипептидазы, которые как ножницами режут нитки белка на мелкие кусочки. Разница в том, что одни режут в одних местах, а другие — в других, то есть работают по разным меткам. Все эти ферменты выделяет поджелудочная железа.
Углеводы, или сложные сахара, состоят из более мелких простых сахаров, таких как глюкоза и фруктоза. Разные углеводы получаются путем соединения глюкозы и фруктозы в разной последовательности и в разном порядке. Например, наш обычный сахар, или сахароза, состоит из длинных цепочек чередующихся глюкозы и фруктозы, а крахмал и целлюлоза состоят только из глюкозы, соединенной друг с другом в разном порядке. Порезанные до глюкозы углеводы пойдут через печень, часть из них останется в ней в качестве резервного запаса, а остальное пойдет в энергетическую топку для других органов. Лишний сахар превратится в жир и отложится в печени, в поджелудочной железе, в боках и на животе. Для разрезания сахаров поджелудочная железа выделяет амилазы (от слова «амилос» — крахмал). И амилазы бывают разные, основной амилазой человека является альфа-амилаза.
Жиры состоят из жирных кислот и глицерина. Жиры бывают по происхождению растительными и называются маслами, потому что жидкие. Они бывают также животными, вот эти как раз твердые и называются жирами. Глицерин во всех жирах одинаковый, различия только в жирных кислотах. Он похож на трезубец, на каждом зубце которого сидит по жирной кислоте. Чтобы снять жир с крайних зубцов этого трезубца, нужен фермент липаза, а для снятия вкусного кусочка с центрального зубца нужна фосфолипаза А2. Оба эти фермента вырабатывает поджелудочная железа, и для упрощения оба фермента мы называем липазами (от слова «липос» — жир).
Поджелудочное равновесие и балансПро запасы поджелудочной и их заготовку
Ферменты для переваривания жиров и углеводов вырабатываются поджелудочной сразу в готовом и работоспособном виде. А вот ферменты для переваривания белков — нет. Ведь весь организм состоит из белков, и если эти ферменты сразу будут работать, то начнут переваривать саму поджелудочною железу. Это самая большая опасность. Поэтому организм предусмотрел двойной защитный механизм, чтобы случайно не погубить орган. Для их запуска нужен специальный активатор энтерокиназа, она превращает неактивный фермент в активный и работает только при определенном показателе кислотности рН. Пока кислое содержимое обрабатывается бикарбонатом и постепенно изменяется рН поступившей пищи, начинается медленная активация фермента. Кроме того, в панкреатическом соке содержится ингибитор трипсина, который блокирует его действие внутри поджелудочной железы. Но при серьезных заболеваниях случается так, что даже две эти защитные системы не выдерживают воспаления и давления, и клетки железы начинают погибать. В тяжелых условиях при остром панкреатите она может быть полностью разрушена, что приводит к смерти.
Клетки поджелудочной железы готовят ферменты заранее и складируют их в виде специальных гранул тоже заранее. В этих гранулах содержатся все необходимые ферменты в определенном соотношении. Это соотношение между количеством липазы для жиров, протеазы для белков и амилазы для углеводов. Баланс между ферментами определяет сама поджелудочная железа исходя из того, чем вы ее кормите. Например, если человек ест много жиров, то в балансе ферментов будет преобладать липаза, у другого человека, который ест много углеводов, будет преобладать амилаза. Если рацион человека меняется, то меняется и нагрузка на поджелудочную. Железе требуется несколько недель, чтобы изменить баланс между ферментами, но она адаптируется и это происходит — баланс и соотношение ферментов меняется. Именно поэтому необходима постепенная медленная смена одного рациона питания на другой. И именно поэтому разовая ударная нагрузка на поджелудочную может приводить к проблемам. Ведь тогда железе придется для переваривания полученной на празднике тонны жира выдавить из себя всю имеющуюся липазу, которая находится в определенном соотношении с остальными ферментами.
Хотя даже на этот случай в поджелудочной железе есть запас, ведь на самом деле мы используем лишь небольшой ее потенциал. Базовый уровень выделения бикарбоната около 5 % от полной мощности, а ферментов — около 10 % от возможного максимума в моменте. При усилении пищеварения выделение панкреатического сока усиливается, мощность выработки бикарбоната возрастает до 15–20 %, а ферментов выбрасывается до 30 % от максимума в моменте. Даже при суперполной нагрузке на поджелудочную всем набором стимуляторов мощность выделения ферментов возрастает до 70 % от возможного максимума. Это происходит по двум причинам: во-первых, у нее огромный запас мощности, во-вторых, ее немного притормаживают контролирующие гормоны. Но об этом речь пойдет дальше.
В принципе поджелудочная железа спроектирована с запасом прочности и может многое выдержать, но даже при этом мы умудряемся ее угробить. Она образует примерно в 10 раз больше ферментов, чем требуется для активного и адекватного переваривания пищи. За сутки поджелудочная выделяет около 1 миллиона единиц ферментов, а на обычный прием пищи мы тратим около 50 тысяч единиц. Да, жить без поджелудочной железы нельзя, расстаться с ней — смертельно. Но даже после удаления 90 % железы при тяжелых болезнях, оставшихся от нее 10 % достаточно для нормального переваривания пищи и предотвращения несварения.