Поджелудочная, что ты варишь?
Про переваривание белков, жиров и углеводов.
Немного про молочный сахар.
Про регулирование сахара с помощью инсулина.
Про гормоны от поджелудочной, глюкагон, соматостатин.
Про управление перевариванием пищи.
Как ферменты переваривают жир?Про то, как происходит процесс переваривания жиров
С жирами в современном мире связано очень много предрассудков и стереотипов. Было время, когда жиры считали злом и исключали их из всего, что только можно. Потом позиция общества поменялась и в борьбе за устранение углеводов и сахаров мы перешли в «жирную» эпоху кето-диеты и голодания. Неплохо было бы вспомнить, что есть продукты, состоящие в чистом виде из жира, например, сливочное или растительное масло, сало. Во всех продуктах в той или иной степени содержится жир, его просто больше или меньше, поэтому даже при желании полностью избавиться от него не получится. Но казусных моментов возникает достаточно, когда человек думает, что продукт не содержит жиров, а в нем их полным-полно.
Наш организм создан с таким расчетом, что жиры нужны ему для многих процессов. Ведь из жиров и холестерина организм делает не только камни в желчном пузыре, но и половые гормоны, стероидные гормоны, оболочку клеток, изоляцию для нервных волокон и многое другое.
В среднем человеку нужно употреблять в сутки около 80–100 г жиров. Около 90 % жиров из пищи, то есть большая часть, — это триглицериды. Они состоят из двух частей: многоатомный спирт с прикрепленными к нему тремя жирными кислотами. Оставшиеся 10 % пищи приходятся на фосфолипиды или лецитин, еще жирорастворимые витамины. Здесь можно вспомнить о целебных свойствах фосфолипидов и лецитина и вернуться обратно в реальность, понимая, что это просто еда.
Когда жир из пищи попадает в кислую среду в желудке, он разбивается на мини-капли размером около 100 нм. При выходе из желудка в щелочной желчной среде из жира получается эмульсия. Размер капелек жира в этой эмульсии составляет уже 5 нм — вот где они, нанотехнологии. Это означает, что жир готов к дальнейшему распиливанию на кусочки. Тогда срабатывает следующий датчик, и двенадцатиперстная кишка начинает вырабатывать холецистокинин. Именно он сигналит в поджелудочную железу, чтобы она вдогонку поступившему жиру выделила ферменты. Железа не подводит и делает ферментов настолько много и настолько быстро, что пища, пройдя всего несколько сантиметров по двенадцатиперстной кишке и еще не попав дальше в тонкий кишечник, оказывается на 80 % переваренной. Кстати, именно поэтому бывает сложно обнаружить проблемы с поджелудочной до того момента, пока она совсем не отказала и не развалилась.
Фермент поджелудочной железы — липаза — отпиливает от жира только две жирные кислоты из трех. Полностью допиливает жир уже другой фермент, который называется фосфолипаза. Холестерин существует в пище независимо от жиров и режется другим ферментом, он называется холинэстераза.
Для нормальной работы многих ферментов поджелудочной железы нужен кальций. Поэтому проблемы щитовидной железы, сбой половых гормонов, остеопороз или некоторые лекарства могут нарушать переваривание, убирая или добавляя кальций. Также избыток и недостаток кальция в пище может провоцировать уже имеющиеся проблемы поджелудочной.
Раньше мы говорили про желчь, и вы помните, что многие вещества, в том числе жир, холестерин и желчные кислоты, нерастворимы в воде. Организм транспортирует их с помощью специальных двухслойных капсул, они называются мицеллы. В кишечнике нерастворимые в воде жир и жирные кислоты тоже находятся в виде этих мицелл. Они должны просочиться через слой слизи, покрывающий клетки кишечника. Толщина этого слоя 1000 нм — требуется серьезная работа, чтобы жир попал в клетку кишечника. Внутри клетки жирные запчасти подхватывает «рабочий», который из этих деталей сразу собирает необходимые организму новые жиры. Это называет синтез жиров «заново», а по-медицински de novo. Обновленные жиры запечатываются в новую упаковку: внутри новый жир, покрытый снаружи холестерином и фосфолипидами. Этот шарик размером уже 60 нм запускается по лимфе.
Даже в норме организм забирает не весь жир, который мы употребляем в пищу. Здоровый человек ежедневно сбрасывает в унитаз примерно 5–10 г того жира, который был съеден. А когда мы садимся на обезжиренные продукты или диету с низким содержанием жиров, то количество жира в кале уменьшается примерно до 3 г в сутки. Возникает резонный вопрос: если жир не есть, то откуда он берется в кале? В такой ситуации источником жира является уже не пища, а отмирающие и обновляющиеся клетки кишечника и бактерии, которые в нем живут.
Кто переваривает белок?Про то, как происходит процесс переваривания белков
Не каждый помнит о содержании белка в пище, ведь наше внимание сосредоточено на жирах и углеводах, которые считают то полезными, то вредными. А ведь белок — это основной строительный материал для организма. И чтобы успевать восстанавливать изнашивающиеся в процессе работы органы, он просто необходим, а для восстановления клеток и тканей у больного человека он жизненно необходим. Поэтому взрослому человеку требуется около 80–90 г белка в день или примерно 1 г белка на каждый килограмм веса. Растущим детям, строящим свой организм, требуется в 5 или даже в 10 раз больше белка из расчета на их вес.
Такое количество белка поступает в организм с пищей — в желудок, а оттуда уже в кишечник. Кроме того, столько же белка поступает в кишечник в виде ферментов (это тоже белок) и отвалившихся разрушенных клеток из верхнего этажа пищеварительной системы.
Несмотря на распространенный стереотип, желудок ничего не переваривает, а только готовит пищу к этому процессу. Подготовка белков к перевариванию начинается именно в желудке. Хитрая молекула белка состоит из завернутых и запутанных в клубок аминокислот. Чтобы усвоить их, организму нужно сначала размотать сложную трехмерную структуру белка, а затем распилить его на пептиды, состоящие из нескольких аминокислот. Только потом уже их разрезать на сами аминокислоты, которые пригодны для сборки в собственные человеческие белки.
Желудочный фермент пепсин разматывает примерно 10–15 % поступившего с едой белка. Но вклад этой работы в переваривание белка в целом настолько незначительный, что, скорее, представляет собой просто интересный факт, нежели имеет какой-либо смысл. Ведь даже у людей с атрофией или нулевой кислотностью и дефицитом пепсина переваривание белка не ухудшается и не нарушается. Да, потому что переваривание белков в кишечнике чрезвычайно эффективно! Примерно через 20–30 минут желудок начинает запускать работу поджелудочной железы и в ней образуются ферменты протеазы. Именно они продолжают распиливать белок до тех пор, пока он находится в кишечнике. Часть этих ферментов даже выделяется с калом.
Поджелудочные ферменты распиливают примерно 30 % белка полностью до аминокислот, а остальные 70 % режут не полностью, а до пептидов из 2–4–6 аминокислот. Их дорезают уже непосредственно ферменты клеток кишечника. И организм забирает аминокислоты себе: половину практически сразу на выходе из желудка, то есть в двенадцатиперстной кишке, и почти все остальное — в начале тонкого кишечника. И лишь 5–10 % доходит до толстой кишки, где организм уже не делает с ними ничего. Оставшийся белок идет на корм для кишечных бактерий. Они-то и съедают его полностью. А тот белок, который выделяется с калом, на самом деле не тот, который мы съели. Выделяющийся белок по сути является нашим отработанным белком, тот, что исчерпал свой ресурс и выкинут организмом как непригодный для повторного использования.
Для того чтобы белок «всосался» в организм, у нас имеется целых пять транспортных систем: для нейтральных аминокислот, для двухосновных, для дикарбоновых, для иминовых, и отдельная — для глицина, чтобы успокоиться и перестать нервничать. То есть специальные переносчики таскают аминокислоты через стенку кишечника в кровь.
Как перевариваются углеводы?Про то, как происходит процесс переваривания углеводов
После всеобщего негатива в отношении жиров гнев людей перекинулся на углеводы, или сахара. И это несмотря на то, что сахар, а точнее глюкоза, является основным и универсальным энергетическим ресурсом для всех вообще живых существ. Полностью отказаться от этого вида топлива никак не получится. Если глюкоза не будет поступать в организм, а топить печку нужно продолжать, тогда организм будет добывать ее из других источников. Это не только желанное для нас расщепление жиров, но и нежелательное разрушение белков, что несомненно нужно учитывать.
И животные, и растения, и грибы, и даже бактерии и вирусы в конечном счете на клеточном уровне питаются глюкозой. Вообще, существует всего три базовых варианта сахара: глюкоза, фруктоза и галактоза. По-другому их называют простыми сахарами. Взрослому человеку нужно базовое количество сахара для того, чтобы есть, пить, дышать и спать — чтобы жить, то есть для поддержания жизнеспособности организма, или основного обмена. Плюс к этому «сверху» нужно закладывать энергию на работу и физическую активность.
Взрослый человек съедает за день около 250–300 г углеводов. Это соответствует 300–750 ккал в зависимости от того, из каких продуктов он это получает. В странах с западным образом питания среди углеводов преобладает, как это ни странно, растительный крахмал. Он занимает примерно 60 % от всего рациона углеводов. Еще 30 % углеводов мы получаем в виде сахарозы из сахарного тростника или сахарной свеклы. И еще 10 % остается на лактозу из молока и молочных продуктов. Совсем немного сахаров достается нам из фруктов в виде фруктозы и из мясных продуктов в виде гликогена.
Крахмал целиком и полностью состоит из глюкозы, прицепленной одна к другой, как вагоны поезда в длинном километровом составе. Эти составы бывают двух видов. Амилоза составлена из правильно сцепленных вагонов глюкозы и ее в крахмале около 20 %. Другие 80 % крахмала состоят из амилопектина, который тоже составлен из вагонов глюкозы, но сцеплены они задом наперед. Животный углевод гликоген тоже собран из вагонов глюкозы, но они сцеплены вперемешку. Отличается от них молочный сахар лактоза, поскольку сформирован из намешанных друг с другом глюкозы и галактозы. Так же, как и фруктовый сахар, состоящий в чистом виде из фруктозы. А вот наш обычный сахар — это микс глюкозы и фруктозы.
Есть еще известный каждому сложный растительный углевод под названием целлюлоза. Та же самая глюкоза, кстати, но в отличие от всех других видов глюкозы она не переваривается в нашем организме. Зато мы прекрасно используем ее для завершения пищеварения в виде туалетной бумаги. Или для изучения пищеварения, перелистывая страницы этой книги. Почему так происходит? Да потому что у нас нет собственных ферментов, переваривающих такие сложные растительные углеводы. Именно целлюлоза является основой растительной клетчатки и проходит через организм человека транзитом, формируя каловые массы и вынося из организма вредные вещества и прочую отработку.
Раз уж на углеводах и сахарах построено все питание организма человека, напомню, что главными потребителями глюкозы являются мозг и печень. Один тратит сахар, чтобы думать, вторая расходует его на производство различных веществ и обогрев организма. Кроме этого, печень еще и запасает сахар в виде гликогена, поддерживая неприкосновенный запас примерно 100–200 г гликогена.
В общем, вы поняли, что организм не экономит на сахаре, поэтому начинает выхватывать его из пищи прямо в полости рта. Уже слюна содержит амилазу, которая, не размениваясь, разрубает сахар на куски, куски — на кусочки. Итого 50 % крахмала из пищи порублено и порвано в лоскуты под названием мальтоза и декстрины. Остальное доваривается ниже, потому что почти никакие пищеварительные ферменты не могут работать в кислой среде желудка. Но как только еда его покидает, в работу вступает огромное количество амилазы из поджелудочной железы, распиливая остатки до самых простых углеводов — глюкозы, фруктозы и галактозы. Ведь только они могут всосаться в кишечнике, чтобы попасть в организм. Дальше весь сахар уходит в вену и летит в печень, после чего достается остальным частям организма.
При необходимости финальным распиливанием занимается сам кишечник, в стенку которого встроены дополнительные ферменты, кстати, как для белков, так и для углеводов. Нет в кишечнике только ферментов для жиров, поэтому при нарушении выработки ферментов страдает по большей части именно жирное пищеварение. Возвращаясь к углеводам, нужно добавить, что система является адаптивной. Если, например, перегрузить систему сахаром, организм не упустит возможности забрать весь сахар и увеличит количество кишечных ферментов меньше чем за одну неделю, в среднем за 2–5 дней.
Поэтому есть два главных лимита для сахара. Первым служит наш мозг, ведь иногда такое бывает, что до человека доходит: «я жру», в смысле переедаю. Второй ограничитель — это невозможность кишечника поглотить все сахара и углеводы, он же не резиновый. Как губка для мытья посуды может впитать в себя только определенное количество воды, так и кишечник может впитать только определенное количество сахаров. То есть переварить или распилить углеводы он может абсолютно все, а вот усвоить — только какую-то часть, в рамках здравого смысла. Тогда чрезмерно и безгранично съеденный сахар по полной программе нагрузит поджелудочную, но все равно останется в кишечнике и пойдет транзитом. Основная проблема будет не в том, что какашки станут сладкими, а в том, что лишний сахар пойдет по сценарию лактозы.
Единственным исключением из углеводов является лактоза, которая распиливается намного быстрее, чем может всосаться в кишечник. То есть все углеводы быстро распиливаются и почти сразу всасываются без долгих путешествий по кишечнику, а лактоза кроме того, что не усваивается у многих людей по разным причинам, еще и дольше передвигается по кишке, потому что всасывается медленно. Именно из-за этого она в большей степени способствует как диарее (утягивая на себя воду), так и росту бактерий с неминуемым вздутием (поскольку микробы тоже очень любят сахар).
Поджелудочное КЕТО: сахар и инсулинПро то, как организм может обходиться без сахара
Организму нужен примерно постоянный уровень сахара, чтобы обеспечить питание клеток, тканей и органов. Поэтому, когда уровень сахара в крови повышается, то организм сразу выделяет больше инсулина. Он выделяется β-клетками поджелудочной железы. Инсулин делает так, что клетки организма начинают впитывать сахар в себя, тогда уровень глюкозы в крови становится нормальным.
В печени инсулин работает иначе: он запускает превращение глюкозы в специальный резервный, или запасной, сахар гликоген. В то время, пока мы не едим, гликоген из печени постепенно расходуется, продолжая кормить ткани и органы. Около 60 % всей глюкозы, которую мы съели, запасается в печени. Так поддерживается постоянный уровень сахара в крови. То есть инсулин нужен организму, чтобы отправлять сахар в клетки для питания и в печень «про запас». Это гормон хорошей жизни после удачного приема пищи.
Пока инсулина мало, мышцы питаются жирными кислотами. После приема пищи инсулина становится много, и количество сахара в крови тоже возрастает. Вот в этот момент инсулин заправляет топливные баки мышц глюкозой. Кстати, мышцы могут заправляться глюкозой и без инсулина, но только при условии реальной высокой активности. То есть, если интенсивно тренироваться или заниматься спортом, мышца сама будет потреблять сахар. Это рекомендуют делать всем диабетикам для снижения уровня глюкозы. Инсулин нужен еще и для того, чтобы переваренный белок мог всосаться в кишечнике и поступить в работу. Это действие инсулина такое же сильное, как и у гормона роста.
В мозге ситуация совсем другая: он работает исключительно на сахаре глюкозе. У него единственный источник питания, да и мозг, считайте, что самый главный орган управления. Он не может остаться без еды и выключиться. Поэтому глюкоза поступает в него без ограничений и без посредников или регуляторов. Мозгу инсулин не нужен, ему нужна глюкоза, а точнее, ее постоянный уровень в крови. Когда уровень глюкозы падает ниже критического, человек впадает в гипогликемическую кому. От этого спасает резервное депо сахара в печени, поэтому, даже если не успели поесть, мы не падаем в голодный обморок.
Но печень может запасать под действием инсулина лишь ограниченное количество сахара. Излишек глюкозы, которая поступила в печень, какое-то время удерживается в клетках, а затем превращается не в гликоген, а в жир. Он запасается в печени, а если это происходит регулярно, то развивается жировая болезнь печени. Когда место в печени заканчивается, сахар превращается в жир и идет в бока. Это тоже происходит как под действием инсулина, так и без него. Клетки печени накапливают жир в основном в виде липопротеинов, их уносит кровью в жировые отложения в тканях. Там они хранятся уже в виде триглицеридов. К счастью, все эти процессы обратимы, и жир из живота и бедер может превращаться обратно, уноситься назад в печень, а там уже превращаться в глюкозу, которую можно будет потратить, когда вы соберетесь худеть или голодать.
Если в печени становится слишком много жирных кислот, например, когда в питании нет углеводов или когда есть проблема с инсулином, в печени активируется резервный путь обмена веществ и образуется активированная уксусная кислота. Она иначе называется ацетил-КоА, а поскольку печень не может использовать ее полностью, то она превращается в ацетоуксусную кислоту и выделяется в кровь. А сахара в диете в этот момент нет, соответственно, инсулина тоже мало. Поэтому часть ацетоуксусной кислоты превращается в гидроксимасляную кислоту и токсичный ацетон. Все три вещества: ацетоуксусная кислота, гидроксимасляная кислота и ацетон — называют кетоновыми телами, а возникающее при этом НАРУШЕНИЕ обмена веществ — КЕТОЗ. Из-за развития кетоза у здоровых людей на диете или у больных сахарным диабетом возникает диабетическая кома, выдыхаемый воздух пахнет ацетоном, анализ крови показывает метаболический ацидоз, а родственники спешат доставить пациента в реанимацию.
Островки Лангерганса: α, β, δПро гормональную часть поджелудочной
Между дольками поджелудочной железы, как мы уже говорили, интегрированы поджелудочные острова, названные в честь немецкого врача и анатома Пауля Лангерганса. Именно он в далеком 1869 году в своей докторской диссертации описал эти дополнительные «островки», или инсулы, которые выделяли непонятное тогда вещество — инсулин. Кстати, тогда поджелудочную железу называли брюшной слюнной железой и думали, что она выделяет такие же ферменты, как и слюнные железы. Действительно, амилаза для переваривания углеводов выделяется и в поджелудочной, и в слюнных железах.
Только потом мы узнали, что островки состоят из разных клеток. Больше всего, примерно 60 %, составляют β-клетки, выделяющие инсулин. Есть еще α-клетки и δ-клетки, которые ученые в спешке или по рассеянности забыли. Все в организме имеет свои противовесы, и выделяющие инсулин β-клетки уравновешены выделяющими глюкагон α-клетками. Их немного меньше, около 25 % всех островов, и еще меньше, около 15 %, занято δ-клетками, производящими соматостатин. Для правильной работы всех этих элементов поджелудочной железы должны нормально работать щитовидные и половые гормоны.
С инсулином мы уже немного разобрались, но есть и другие гормоны. Глюкагон образуется в α-клетках поджелудочной железы и действует на 100 % противоположно инсулину. То есть система работает не так просто. Если инсулина нет, то обратно ничего не падает, а просто ничего не происходит. Нужен другой гормон, который будет действовать в обратном направлении. Для этого в организме есть глюкагон: он выгоняет глюкозу обратно в кровь из клеток, из тканей, из органов и из печени, то есть повышает уровень сахара в крови. Основной его эффект приходится на печень, он опорожняет то самое накопленное депо гликогена. Если голодать долго или долго не получать глюкозу на безуглеводной диете, то депо в печени истощится полностью. Тогда печень включит резервный механизм, начнет забирать из крови аминокислоты, превращать их в сахар, чтобы отдать обратно по первому требованию мистера глюкагона.
Соматостатин образуется в δ-клетках поджелудочной железы и действует против всех (в смысле, против инсулина и против глюкагона). Кроме этого, его действие распространяется еще и на весь желудочно-кишечный тракт. Соматостатин тормозит перистальтику кишечника и угнетает сокращения желчного пузыря, из-за всего этого замедляется всасывание пищи. То есть его эффект направлен вообще на подавление пищевой активности, за счет этого гормон делает так, чтобы не было резких колебаний сахара в крови — не изменяя конкретно уровень сахара и его потребление, а действуя на все пищеварение в целом.
Рычаги управления: блуждающий нерв, кислота и гормоныПро то, кто стоит за кулисами и все решает
Для того чтобы поджелудочная железа и желчный пузырь работали вовремя и выделяли желчь и ферменты в нужном количестве, в организме существует несколько систем управления с датчиками. Первым датчиком на пути пищи является зрение, обоняние и вкусовые рецепторы.
Нервные волокна и рецепторы примерно одинаково влияют и на желчный пузырь, и на поджелудочную железу. Стимулирование блуждающего нерва оказывает сильное воздействие на поджелудочную железу, и она начинает активно вырабатывать ферменты. Он же приводит к усилению выработки кальция, который еще больше стимулирует выработку ферментов и бикарбоната. Так же влияют и продукты с высоким содержанием кальция, к которым относится почти вся молочка. Поэтому вид, вкус и запах пищи стимулируют выделение ферментов в поджелудочной железе, так же как сам процесс жевания и проглатывания пищи. Даже мысли о еде повышают выделение бикарбоната до 10–15 %, а выработку ферментов до 25 %. В целом сила нервного стимулирования поджелудочной железы составляет до 30 % ее общей мощности. Эта же группа нервов, называемых парасимпатической нервной системой, одновременно усиливает и выделение желчи. Но блуждающий нерв делает ее более насыщенной желчными кислотами.
Другая часть нервной системы — симпатические нервы, наоборот, угнетают работу поджелудочной железы и уменьшают выработку ферментов. Поэтому боль в любом органе нашего тела, нарушенный сон или напряженная умственная или физическая работа тормозят функцию поджелудочной железы.
Следующим этапом быстрого реагирования является желудок. Нормальным стимулом к выделению панкреатического сока служит выделение кислого желудочного сока, который действует на двенадцатиперстную кишку, стимулирует выделение сока поджелудочной железы. Нейтрализованный желудочный сок никак не влияет на поджелудочную. То есть активная работа желудка способствует стимулированию выработки ферментов. Так же действует кислая пища и маленькие порции алкоголя.
Самыми главными регуляторами работы поджелудочной железы служат гормоны секретин и холецистокинин. Секретин вырабатывается в основном S-клетками в двенадцатиперстной кишке. Он заставляет клетки протоков внутри поджелудочной железы выделять бикарбонат. Напомню, что он нужен для нейтрализации соляной кислоты, прибывающей в двенадцатиперстную кишку из желудка. А в кислой среде ферменты поджелудочной железы работать не могут. Кроме того, большое количество кислоты может повреждать клетки кишечника. Именно бикарбонат убирает кислоту, открывает дорогу для пищеварительных ферментов и защищает кишечник. Расположенные ниже в кишечнике клетки имеют датчики, измеряющие количество бикарбоната. И если его становится слишком много, то они выделяют другие кишечные гормоны, которые тормозят поджелудочную железу. Одновременно с этим секретин усиливает выделение большего количества желчи, причем более жидкой и разбавленной водой и электролитами.
Другие клетки двенадцатиперстной кишки, называемые ССК-клет-ками, вырабатывают холецистокинин. Он стимулирует клетки самой поджелудочной железы к выделению ферментов. Пища, богатая кальцием, попадая в двенадцатиперстную кишку, стимулирует выработку холецистокинина, а соответственно, и ферментов в поджелудочной железе. Жиры и аминокислоты тоже повышают производство холецистокинина. Его вклад в выработку поджелудочной железой ферментов составляет около 70 % ее мощности.
Сама желчь тоже обладает желчегонным действием, то есть чем больше желчи выделяется в кишечник, тем больше начинает работать желчный пузырь. Но вот печень выделяет уже меньше желчи. Кровь из кишечника поступает обратно в печень. Она контролирует количество желчных кислот, возвращающихся обратно. Если их становится мало, то печень подбрасывает в топку новых желчных кислот, а если возвращается много, то печень выделяет меньше желчи.
Но даже при полном наборе стимулов количество сока и ферментов, которые выделяет поджелудочная железа, составляет только 70 % от максимума. Она обладает большим запасом и резервом мощности. Поджелудочная железа образует в 10 раз больше ферментов, чем требуется для адекватного переваривания пищи. Поэтому даже после удаления 90 % поджелудочной железы выделяемых ферментов достаточно для предотвращения несварения.